隨著工業(yè)的大規(guī)模擴(kuò)張，人口增加以及人均能源消耗的持續(xù)增長(zhǎng)，全球幾乎所有國(guó)家的能源需求都在上升，而光伏發(fā)電作為一種清潔和可持續(xù)能源被認(rèn)為是所有可再生能源中可靠的選擇，也受到了國(guó)家的廣泛重視。然而，大多數(shù)分布式光伏電站建在環(huán)境復(fù)雜的偏遠(yuǎn)地區(qū)，建站數(shù)量多，種類也呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，傳統(tǒng)的有線組網(wǎng)監(jiān)控及人工值守方式監(jiān)控效率低、成本高且無(wú)法滿足遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。近年來(lái)，隨著云計(jì)算，無(wú)線通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)發(fā)基于B/S架構(gòu)，無(wú)線通信與云服務(wù)結(jié)合的光伏遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已成為新的組網(wǎng)形式，用戶僅需要通過(guò)瀏覽器便可在任何時(shí)間和地點(diǎn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作，實(shí)時(shí)查看光伏設(shè)備的運(yùn)行情況并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，對(duì)確保光伏電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
本文設(shè)計(jì)基于B/S架構(gòu)的光伏智慧云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用Django框架作為Web開(kāi)發(fā)，前端采用Boostrap、EChart和HTML5等將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，后端用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；并以阿里云ECS服務(wù)器作為云計(jì)算，MySQL作為云端數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)以TMS320F28335為核心芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至DSP芯片進(jìn)行處理，并通過(guò)GPRS無(wú)線通信方式傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)光伏設(shè)備的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1、系統(tǒng)總體架構(gòu)
1.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式對(duì)比
C/S（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)是指客戶端和服務(wù)器之間的信息交互模式，其客戶端屬于應(yīng)用程序軟件，服務(wù)器通常采用高性能PC機(jī)，并采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，響應(yīng)速度快。但C/S架構(gòu)的缺點(diǎn)是需要在客戶端和服務(wù)器端運(yùn)行特定軟件，開(kāi)發(fā)成本高，維護(hù)難度大，兼容性差以及適用面窄。B/S（Browser/Server）體系結(jié)構(gòu)是瀏覽器和服務(wù)器間的信息交互模式，是一種隨著Web發(fā)展起來(lái)的新架構(gòu)。其服務(wù)器即安裝數(shù)據(jù)庫(kù)，瀏覽器充當(dāng)客戶端，包含少量業(yè)務(wù)邏輯并主要使用HTTP協(xié)議與服務(wù)器進(jìn)行通信，用戶界面通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)，這減少了客戶的開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本，并為用戶帶來(lái)了較大的便利。
鑒于以上性能比較，B/S體系結(jié)構(gòu)將成為遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，其安全性和靈活性低的缺點(diǎn)將隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷得到解決。
1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
如圖1所示為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，可將其分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層。
設(shè)備層中各逆變器設(shè)備通過(guò)RS485總線將逆變器數(shù)據(jù)傳輸至DSP控制器，DSP控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并打包，數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS以Socket形式上傳到網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層以云為核心，采用阿里云ECS服務(wù)器開(kāi)啟Socket對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并存儲(chǔ)到MySQL云數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用層則采用Django框架設(shè)計(jì)Web監(jiān)控界面，用戶可通過(guò)Web瀏覽器訪問(wèn)監(jiān)控云平臺(tái)實(shí)時(shí)查看光伏設(shè)備的運(yùn)行情況。
1.3云計(jì)算與數(shù)據(jù)庫(kù)
云計(jì)算采用阿里云服務(wù)器ECS（ElasticComputeService）是由阿里云提供的性能好、穩(wěn)定可靠、彈性擴(kuò)展的IaaS（InfrastructureasaService）級(jí)別云計(jì)算服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的即開(kāi)即用和彈性伸縮?？衫肧SH遠(yuǎn)程連接云服務(wù)器，在后臺(tái)部署Linux系統(tǒng)并搭建Python環(huán)境，通過(guò)安裝Nginx和Uwsgi服務(wù)部署Django項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的外網(wǎng)訪問(wèn)端口。MySQL是流行關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，由于其體積小、速度快、總體擁有成本低和開(kāi)發(fā)源碼等特點(diǎn)，被記錄為Web應(yīng)用程序中常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，選用MySQL作為云端數(shù)據(jù)庫(kù)并部署到云服務(wù)器。MySQL作為云監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心，對(duì)于存儲(chǔ)光伏設(shè)備大量的歷史數(shù)據(jù)，提供邏輯運(yùn)算和分析，起到了至關(guān)重要的作用。
1.4Django框架
Django是目前流行服務(wù)器端Web框架，是為快速開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)站點(diǎn)而創(chuàng)建，擴(kuò)展性強(qiáng)，功能完善，開(kāi)發(fā)速度快和可維護(hù)性高。其屬于MVC（Model?View?Controller）框架風(fēng)格，但控制器接收用戶輸入的部分框架，由用戶自行處理，所以采用的是MTV架構(gòu)模式，即Model（模型）、Template（模板）、View（視圖）。模型是數(shù)據(jù)存取層，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)存??；模板是表現(xiàn)層，負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)展示給用戶；視圖是業(yè)務(wù)邏輯層，負(fù)責(zé)后端的查詢操作和數(shù)據(jù)處理。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由主控芯片DSP、電源電路、信號(hào)調(diào)理電路、各通信接口以及GPRS模塊構(gòu)成，其功能主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)包括逆變器電壓、電流等輸入信號(hào)的采集、處理與上傳，并通過(guò)RS232接口與GPRS模塊相連以Socket套接字形式上傳至云服務(wù)器進(jìn)行解析。系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.1主控芯片
主控芯片是整個(gè)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的核心。由于本文系統(tǒng)需要頻繁對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和處理，數(shù)據(jù)量大，采用傳統(tǒng)的PIC系列、51系列單片機(jī)無(wú)法滿足處理速度和精度要求。因此本文設(shè)計(jì)采用DSP，其處理速度快，運(yùn)算精度高，并具有豐富外設(shè)和接口，且F2833x系列比F28xx系列多了一個(gè)MAC單元，其處理數(shù)學(xué)運(yùn)算性能可提升2.45倍，控制算法性能提升1.57倍，可滿足本文設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理要求。
2.2電源電路
電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)供電，F(xiàn)28335采用雙電源供電，管腳供電電壓1.9V，內(nèi)核供電電壓3.3V，因?yàn)楸O(jiān)控終端外接電源的最小電壓大于3.3V，因此需重新設(shè)計(jì)供電硬件電路解決外部低電壓供電問(wèn)題。可采用TPS767D301芯片作為供電電源芯片，這是TI公司推出的針對(duì)DSP雙電源供電的雙路低電壓降電源調(diào)節(jié)器，輸入電壓為5V，工作穩(wěn)定后，將輸出產(chǎn)生1.9V和3.3V電壓提供給DSP，供電電路硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。
2.3信號(hào)調(diào)理電路
電流、電壓信號(hào)的采樣用的是閉環(huán)霍爾傳感器，將檢測(cè)到的模擬量送入電流、電壓信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波和鉗位，并由ADCIN端口進(jìn)入DSP內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量再送入云服務(wù)器。電流及電壓信號(hào)采集調(diào)理電路如圖4、圖5所示。
2.4通信設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸選用廈門才茂CAIMORECM510?72FDTU模塊實(shí)現(xiàn)，這是一款為用戶提供低功耗、高速、永遠(yuǎn)在線、TCP透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)級(jí)無(wú)線終端設(shè)備。其工作原理框圖如圖6所示。采用RS232接口實(shí)現(xiàn)DSP與GPRS?DTU通信，并將DTU通過(guò)綁定IP地址和端口，以Socket套接字形式將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒?wù)器。
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件部分包括數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)和監(jiān)控云平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)。
3.1數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)通信軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏逆變器數(shù)據(jù)的采樣、處理和傳輸。其中，系統(tǒng)初始化主要包括外圍硬件電路初始化、中斷初始化和清除緩存區(qū)數(shù)據(jù)等，采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。DSP響應(yīng)處理包括對(duì)光伏設(shè)備發(fā)電參數(shù)的采樣和A/D轉(zhuǎn)換，并由GPRS通過(guò)綁定IP地址和端口作為Socket客戶端形式發(fā)送數(shù)據(jù)到云服務(wù)器。服務(wù)器則采PythonSocket編寫腳本程序運(yùn)行在服務(wù)端，不斷偵聽(tīng)GPRS發(fā)送的TCP/IP連接請(qǐng)求，只要GPRS模塊和PythonSocket服務(wù)程序配置的IP地址和端口一致，即可建立連接和通信，并創(chuàng)建Pthread線程接收GPRS的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，Web監(jiān)控平臺(tái)調(diào)用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。數(shù)據(jù)處理及傳輸流程如圖7所示。
3.2監(jiān)控云平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)
Web監(jiān)控系統(tǒng)采用Django框架進(jìn)行搭建，前端采用EChart、Boostrap、HTLM5和CSS3等將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和網(wǎng)頁(yè)樣式的設(shè)計(jì)。后端采用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，并用jQuery自帶封裝的Ajax完成前后端數(shù)據(jù)請(qǐng)求方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)的動(dòng)態(tài)刷新，數(shù)據(jù)傳輸格式為JSON。云計(jì)算采用阿里云ECS服務(wù)器，其操作系統(tǒng)為Ubuntu16.0464位，公網(wǎng)IP為39.105.110.139。通過(guò)在服務(wù)器終端搭建Python環(huán)境并用Nginx+Uwsgi部署以編譯好的Django項(xiàng)目和MySQL，開(kāi)放公網(wǎng)訪問(wèn)安全組，即可完成云端部署。用戶僅需要通過(guò)Web瀏覽器即可在任何時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控界面訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)光伏電站的遠(yuǎn)程智能化管理，監(jiān)控界面部分包括登錄注冊(cè)、設(shè)備監(jiān)測(cè)、設(shè)備報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表、后臺(tái)管理等功能。
4、部署測(cè)試
云服務(wù)器運(yùn)行Socket腳本接收來(lái)自光伏設(shè)備數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行Web發(fā)布，用戶通過(guò)瀏覽器輸入正確IP地址即可進(jìn)行監(jiān)控界面訪問(wèn)。登錄系統(tǒng)后，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏設(shè)備運(yùn)行情況，圖8是系統(tǒng)運(yùn)行主界面，包括逆變器發(fā)電參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，歷史告警展示和發(fā)電量的可視化曲線等，所有信息存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，便于數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)查詢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明該系統(tǒng)可監(jiān)控光伏設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，時(shí)效性好，效率高。
5、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)介紹
5.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過(guò)監(jiān)測(cè)光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測(cè)，逆變器監(jiān)測(cè)，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測(cè)，設(shè)備檔案，運(yùn)維管理，角色管理。用戶可通過(guò)WEB端以及APP端訪問(wèn)平臺(tái)，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
5.2應(yīng)用場(chǎng)所
目前我國(guó)的兩種分布式應(yīng)用場(chǎng)景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量?jī)x表，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶可以通過(guò)PC訪問(wèn)平臺(tái)，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。
5.4系統(tǒng)功能
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過(guò)WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。
5.4.1光伏發(fā)電
5.4.1.1綜合看板
●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率。
●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●累計(jì)社會(huì)效益。
●柱狀圖展示月發(fā)電量
5.4.1.2電站狀態(tài)
●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價(jià)，峰值功率等基本參數(shù)。
●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。
5.4.1.3逆變器狀態(tài)
●逆變器基本參數(shù)顯示。
●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。
●通過(guò)曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。
●直流側(cè)電壓電流查詢。
●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。
5.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
5.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)
●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表
5.4.1.6配電圖
●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。
●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。
●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●展示逆變器型號(hào)及廠商。
5.4.1.7逆變器曲線分析
●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。
5.4.2事件記錄
●操作日志：用戶登錄情況查詢。
●短信日志：查詢短信推送時(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。
●平臺(tái)運(yùn)行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。
●報(bào)警信息：將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理，記錄報(bào)警內(nèi)容，發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。
5.4.3運(yùn)行環(huán)境
●視頻監(jiān)控：通過(guò)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的視頻攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對(duì)于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺(tái)控制功能。
5.5系統(tǒng)硬件配置
5.5.1交流220V并網(wǎng)
交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)功率在8kW左右。
部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對(duì)于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺(tái)來(lái)管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：
名稱 | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
光伏運(yùn)維云平臺(tái) |
| AcrelCloud-1200 | 監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報(bào)表、設(shè)備信息、故障報(bào)警、氣象數(shù)據(jù)等 | 應(yīng)用于單臺(tái)逆變器數(shù)據(jù)采集和上傳云平臺(tái) |
智能網(wǎng)關(guān) |
| ANet-1E1S1-4G | 嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | |
防逆流裝置 （選用） |
| ACR10R-D10TE | 防止光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率，用于單相光伏發(fā)電系統(tǒng) | |
戶用逆變器 | 逆變器推薦： 華為戶用逆變器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1 固德威GW8000-DT 錦浪GCI-1P(4-6)K，GCI-1P(9-10)K | 推薦通訊方式RS485 | ||
5.5.2交流380V并網(wǎng)
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng)，以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見(jiàn)為準(zhǔn)。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。
光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。
部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。
這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過(guò)云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：
名稱 | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
光伏運(yùn)維云平臺(tái) |
| AcrelCloud-1200 | 監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報(bào)表、設(shè)備信息、故障報(bào)警、氣象數(shù)據(jù)等 | 應(yīng)用于多臺(tái)逆變器、計(jì)量?jī)x表及氣象數(shù)據(jù)采集和上傳云平臺(tái) |
智能網(wǎng)關(guān) |
| ANet-1E2S1-4G | 嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | |
電能質(zhì)量監(jiān)測(cè) |
| APView500 | 電網(wǎng)頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù),電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度；三相電壓、電流各序分量；基波電壓、電流，功率、功率因數(shù)、相位等,諧波（2～50次）。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動(dòng)、閃變?？奢斎?7.7V/100V或220V/380V。 | |
靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償 |
| ANSVG100-400 | 光伏并網(wǎng)時(shí)主要提供有功功率，這樣市電側(cè)有功減少，而無(wú)功不變，這樣會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)降低，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)。 | |
防逆流裝置 |
| ACR10R-D10TE4 | 防止光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率，用于三相光伏發(fā)電系統(tǒng) | |
直流電表 |
| DJSF1352 | 電壓輸入DC750V，電流輸入DC300A/75mV，在分布式光伏項(xiàng)目中適用于儲(chǔ)能回路等直流信號(hào)設(shè)備電量測(cè)量和電能計(jì)量使用 | |
| DJSF1352RN | |||
| PZ96L-DE | |||
逆變器 | 逆變器推薦： 陽(yáng)光電源組串式逆變器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX 華為商用逆變器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0 固德威GW（25~80）K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 錦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等 | 推薦通訊方式RS485 | ||
5.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)
根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國(guó)發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國(guó)家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。
此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大，需要通過(guò)升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對(duì)于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。
光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。
上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過(guò)直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，最后經(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：
名稱 | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
光伏運(yùn)維云平臺(tái) |
| AcrelCloud-1200 | 監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報(bào)表、設(shè)備信息、故障報(bào)警、氣象數(shù)據(jù)等 | 應(yīng)用于6MW以下光伏變電站 |
電力監(jiān)控系統(tǒng) |
| Acrel-2000 | 電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電站。測(cè)、。信、?？?、異常報(bào)警、故障記錄和分析等功能，接收調(diào)度系統(tǒng)指令對(duì)光伏電站進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。 | |
并網(wǎng)柜 |
| AZG光伏并網(wǎng)柜 | 容量涵蓋范圍廣，可涵蓋2000A以下用戶并網(wǎng)需求； 安裝方便，外觀美觀大氣； 可選配檢有壓合閘、失壓跳閘等功能，對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行失壓，欠壓保護(hù)，及自動(dòng)合閘功能； 可預(yù)留獨(dú)立鉛封計(jì)量室，光伏發(fā)電一目了然； 可根據(jù)客戶需求配用國(guó)內(nèi)外品牌廠家元件； 可選配電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的各電參量，并與后臺(tái)聯(lián)機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)智能化管理； 可選配防孤保護(hù)及逆功率保護(hù)功能； 具有RS485通訊接口，使用ModBus-RTU通訊協(xié)議 | |
匯流箱 |
| APV光伏匯流箱 | 防護(hù)等級(jí)為IP65,滿足室內(nèi)外安裝要求； 采用霍爾傳感器，隔離測(cè)量，16路輸入； 耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇； 可選電壓測(cè)量功能,測(cè)量電壓DC1kV； 具有RS485通訊接口，ModBus-RTU通訊協(xié)議； 可根據(jù)客戶需求配用國(guó)內(nèi)外品牌廠家的光伏專用直流斷路器，光伏專用直流熔斷器、防雷保護(hù)器等元件。 | |
智能網(wǎng)關(guān) |
| ANet-1E2S1-4G | 嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議，支持和調(diào)度系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)通訊。 | |
微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置 |
| AM5SE | 適用于35kV和10kV電壓等級(jí)的線路保護(hù)測(cè)控、變壓器差動(dòng)、后備保護(hù)測(cè)控等功能 | |
電能質(zhì)量監(jiān)測(cè) |
| APView500 | 電網(wǎng)頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù),電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度；三相電壓、電流各序分量；基波電壓、電流，功率、功率因數(shù)、相位等,諧波（2～50次）。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動(dòng)、閃變?？奢斎?7.7V/100V或220V/380V。 | |
弧光保護(hù)裝置 |
| ARB5 | 集保護(hù)、測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)弧光信號(hào)，保護(hù)電流，適用于中低壓等級(jí)電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。 | |
光伏匯流采集裝置 |
| AGF-M16T | 一次電流采用穿孔方式接入，20A，穿孔方式接入，安裝方便，安全性高 帶3路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以對(duì)匯流箱內(nèi)的防雷器、斷路器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 具有內(nèi)部測(cè)溫功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)溫度，保證電氣安全 具有DC1500V母線電壓測(cè)量功能 具備RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)系統(tǒng) | |
直流電表 |
| DJSF1352 | 電壓輸入DC750V，電流輸入DC300A/75mV，在分布式光伏項(xiàng)目中適用于儲(chǔ)能回路等直流信號(hào)設(shè)備電量測(cè)量和電能計(jì)量使用 | |
| DJSF1352RN | |||
| PZ96L-DE | |||
多功能電表 |
| APM800 | 各電壓等級(jí)全電氣參數(shù)測(cè)量、計(jì)量和狀態(tài)量采集 | |
逆變器 | 逆變器推薦： 陽(yáng)光電源集中式逆變器SG500MX等 華為商用逆變器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等 固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 錦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等 | 推薦通訊方式RS485 | ||
6、結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合云計(jì)算、DSP、物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了光伏發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并給出了軟硬件設(shè)計(jì)方案，測(cè)試表明系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定。與傳統(tǒng)電站PC監(jiān)控相比，該系統(tǒng)無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、輪班值守、人工搜尋故障，只需1臺(tái)具有瀏覽器的終端設(shè)備即可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)查看光伏設(shè)備的運(yùn)行情況，效率高、成本低、市場(chǎng)前景廣闊。
【參考文獻(xiàn)】
余永俊，任一峰，高世清，安坤，劉鵬.光伏智能云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)涉及[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021年1月15日第44卷第2期
陶洪峰，童亞軍.RS485總線架構(gòu)的雙無(wú)線通信光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017，36（8）：114-116
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版
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