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                  關于光伏監控系統在光伏電站運營中的作用及發展

                   更新日期:2023-09-26 點擊量:43

                  王蘭

                  安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

                  摘要:光伏電站,具體來說便是相連于電網并將電力輸送給電網的光伏發電系統,是我國重點和全力發展的綠色能源項目。其中,監控自動化系統的接入,屬于光伏電站應用中的重要部分。對于光伏區監控系統的探究,可以使光伏電站接入自動化系統有相應的提升,進而強化電站的運行效率和運維效率,進一步降低運維成本。

                  關鍵詞:光伏監控系統;光伏電站運營;作用發展

                  一、光伏區監控系統概述

                  光伏電站,如圖一所示。監控系統服務器屬于光伏區逆變器、匯流箱、箱逆變一體機等各類電氣設備的數據采集、存儲、網絡管理中心,并且也是光伏區數據采集傳輸系統關鍵的人機對話界面,可以顯示設備圖形和相關信息報表、記錄時間順序、顯示故障報警狀態、查詢參數、操作控制命令解釋以及下達等等。運維人員借助監控主機便可以針對電氣設備的運行情況進行監測和操作控制,并將系統的維護管理、修改、軟件系統診斷等工作同時完成。針對光伏區后臺監控系統實施的維護工作,只可以在監控主機上開展,登陸保護有非常強的安全性。

                  在光伏電站接入自動化系統監控后臺當中,應用的結構形式為開放式以及分層分布式,系統縱向包括站控層和間隔層。間隔層對電氣單元當中設置的測控單元進行了使用,但站控層對功能分布結構進行使用,兩層彼此之間的結構為單以太網。通信線纜,一般情況下,都會利用RS485屏蔽雙絞線帶鎧光纜,可以對速率的增加給予保障,并使其有更理想的可靠性。有些項目為了將施工以及材料成本節約,會利用LET的通信方式。

                  (一)間隔層

                  間隔層需要將升壓站設備的控制監視工作完成,每一個測控單元都可以針對相應的設備實時采集以及控制工作。間隔層的所有設備測控單元,都需要對相應的人機接口設備進行設置,如有必要會自行將就地監控功能完成。每個間隔設備都是獨立性的,光伏場區間隔層測控單元會對一個光伏集中監控單元進行配置。

                  (二)站控層

                  通常根據用戶要求,會對以下設備進行配置:1、需要對兩臺控制主機進行配置,共兩套,并且要配置冗余。兩臺配置可以對分電站測數據以及光伏數據進行區分,進而使數據不會互相打擾;2、配置兩套打印機,一套為A3,另一套為A4,可以對設備運行信息實時打印,使人工操作效率有所提升。

                  (三)網絡設備

                  為了對網絡通信需求給予滿足,要結合需求對具體的傳輸介質轉換設備進行配置,例如:傳輸介質轉換設備、接口熔接設備等等。

                  二、光伏區域后臺系統的功能

                  1、設備數據采集以及處理。光伏區監控系統針對光伏區逆變器、直流匯流箱箱、箱逆變一體機的遙測信號,報警以及遙信信號實時采集,可以對逆變器穩定的運轉給予保障。其中,可以針對電站設備的所有運行情況開展集中監控,實施故障以及專家診斷等,使故障分析的準確性提升,并使處理故障的時間縮短,進而使設備檢修質量和相應的生產安全性有所提升。借助統一管理和指揮生產運營工作,可以優化配置備品配件等相關資源,使其得到規范性管理。2、構建數據庫。數據庫具有數據存儲功能,并且可以對運行報表進行保存。3、可開展控制以及調節。例如針對站內設備實施控制以及功能調節。4、可以防止誤閉鎖的操作。5、可以完成數據之間的通信。6、可針對系統實施診斷。7、可完成時鐘對時工作。8、可以報文并開展記錄以及分析工作。9、具有語音報警功能。10、仿真培訓并開發軟件。11、具有自恢復功能。

                  三、光伏區設備數據監視的作用

                  其一,實時對光伏區設備數據進行監控,可以使運維管理模式提升。1、主動性。對主動型的應用,是一種預防維護性措施,使運維計劃有較強的前瞻性以及預防性,進而針對工作開展實時追蹤。2、持續性。針對設備開展精細化管理,持續化以及科學化管。3、精細型。將運維流程實現標準化,對運維管理平臺的完整構建,可以使運維定位以及管理更加準確。其二,針對專家資源開展集中配置,會將管理效率進一步提升。其三,相同種類的設備,在不同區域中可實現調度統一,使庫存風險有所降低。其四,統一推廣故障處理經驗,可以使運維效率有相應的提升。

                  四、發展趨勢分析

                  1、由之前的粗放式分散管理向智能集中化管理進行轉變。其一,針對不同區域的電站實施統一管理;其二,集中配置專家資源,可以使管理效率提升。相同種類的設備在不同區域可以完成調度的統一性,并使庫存風險有所降低,統一推廣故障處理經驗,可以使運維效率有相應的提升。2、單個電站運營商管理,如果有非常大的規模,那么要有非常高的精細化管理程度。在未來,需要完善的精細化管理包括:其一,分類數據力度,例如:逆變器級、組串級電流、組串級電壓電流以及組件級別;其二,分類數據類型以及數據量,其中包括逆變器的運行情況以及告警、環境數據、電站和各關鍵節點、設備的健康數據等等;其三,逐步將大數據分析平臺當中的各項業務系統進行融合,之前一體化的平臺逐漸轉變為大數據分析平臺,可以使用戶整體工作將管理電站作為核心內容,融合多業務系統,共享業務系統信息,還可以對關鍵信息安全要求給予滿足。

                  五、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

                  5.1概述

                  AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備,氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括:站點監測,逆變器監測,發電統計,逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環境監測,設備檔案,運維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺,及時掌握光伏發電效率和發電收益。

                  5.2應用場所

                  目前我國的兩種分布式應用場景分別是:廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。

                  5.3系統結構

                  在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表,通過網關將采集的數據上傳至服務器,并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺,及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

                  5.4系統功能

                  AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構,任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息)。

                  5.4.1光伏發電

                  5.4.1.1綜合看板

                  ●顯示所有光伏電站的數量,裝機容量,實時發電功率。

                  ●累計日、月、年發電量及發電收益。

                  ●累計社會效益。

                  ●柱狀圖展示月發電量


                  5.4.1.2電站狀態

                  ●電站狀態展示當前光伏電站發電功率,補貼電價,峰值功率等基本參數。

                  ●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

                  ●攝像頭實時監測現場環境,并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

                  ●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

                  5.4.1.3逆變器狀態

                  ●逆變器基本參數顯示。

                  ●日、月、年發電量及發電收益顯示。

                  ●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

                  ●直流側電壓電流查詢。

                  ●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

                  5.4.1.4電站發電統計

                  ●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

                  5.4.1.5逆變器發電統計

                  ●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

                  5.4.1.6配電圖

                  ●實時展示逆變器交、直流側的數據。

                  ●展示當前逆變器接入組件數量。

                  ●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

                  ●展示逆變器型號及廠商。

                  5.4.1.7逆變器曲線分析

                  ●展示交、直流側電壓、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:查詢短信推送時間、內容、發送結果、回復等。

                  ●平臺運行日志:查看儀表、網關離線狀況。

                  ●報警信息:將報警分進行分級處理,記錄報警內容,發生時間以及確認狀態。

                  5.4.3運行環境

                  ●視頻監控:通過安裝在現場的視頻攝像頭,可以實時監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭,還支持錄像回放以及云臺監控功能。

                  5.5系統硬件裝置

                  5.5.1交流220V并網

                  交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電,裝機功率在8kW左右。

                  部分小型光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺來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

                  功能

                  應用

                  光伏運維云平臺

                  AcrelCloud-1200

                  監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

                  應用于單臺逆變器數據采集和上傳云平臺

                  智能網關

                  ad8adebf6ea0e55895b95850a20cfc8

                  ANet-1E1S1-4G

                  嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議

                  防逆流裝置

                  (選用)

                  8410f34420207417a624f9e5eee99bc

                  ACR10R-D10TE

                  防止光伏系統向電網輸送功率,用于單相光伏發電系統

                  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

                  根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》,8kW~400kW可380V并網,超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網,以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏,自發自用,余電上網。分布式光伏接入配電網前,應明確計量點,計量點設置除應考慮產權分界點外,還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置,其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定,以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表,技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置,應安裝采集設備,接入用電信息采集系統,實現用電信息的遠程自動采集。

                  光伏陣列接入組串式光伏逆變器,或者通過匯流箱接入逆變器,然后接入企業380V電網,實現自發自用,余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量,同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表,用于計量企業上網電量,數據均應上傳供電部門用電信息采集系統,用于光伏發電補貼和上網電量結算。

                  部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,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,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。部分光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能,系統圖如下。

                  這種并網模式單體光伏電站規模適中,可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據,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

                  功能

                  應用

                  光伏運維云平臺

                  AcrelCloud-1200

                  監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

                  應用于多臺逆變器、計量儀表及氣象數據采集和上傳云平臺

                  智能網關

                  ad8adebf6ea0e55895b95850a20cfc8

                  ANet-1E2S1-4G

                  嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議

                  電能質量監測

                  9c32608d0b1c898983c9d33d417e758

                  APView500

                  電網頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數,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、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、閃變??奢斎?7.7V/100V或220V/380V。

                  靜態無功補償

                  40d9cb336dd5ec017a7299d05a362c0

                  ANSVG100-400

                  光伏并網時主要提供有功功率,這樣市電側有功減少,而無功不變,這樣會導致功率因數降低,通過無功補償裝置可以提高系統功率因數。

                  防逆流裝置

                  ACR10R-D10TE4

                  防止光伏系統向電網輸送功率,用于三相光伏發電系統

                  直流電表

                  DJSF1352

                  DJSF1352

                  電壓輸入DC750V,電流輸入DC300A/75mV,在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用

                  DJSF1352RN

                  圖片

                  PZ96L-DE

                  逆變器

                  逆變器推薦:

                  陽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

                  5.5.310kV或35kV并網

                  根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》(國發新能〔2019〕49號),對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目,需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網運行安全技術要求的前提下,通過內部多點接入配電系統。

                  此類分布式光伏裝機容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大,可能對公共電網造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

                  光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,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,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。

                  上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置),最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大,涉及到的保護和測控設備比較多,主要如下表:

                  名稱

                  圖片

                  型號

                  功能

                  應用

                  光伏運維云平臺

                  AcrelCloud-1200

                  監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

                  應用于6MW以下光伏變電站

                  電力監控系統

                  Acrel-2000

                  電力監控系統,實現對光伏發電站。測、。信、???、異常報警、故障記錄和分析等功能,接收調度系統指令對光伏電站進行調節和控制。

                  并網柜

                  并網柜_副本

                  AZG光伏并網柜

                  容量涵蓋范圍廣,可涵蓋2000A以下用戶并網需求;

                  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,對光伏系統進行失壓,欠壓保護,及自動合閘功能;

                  可預留獨立鉛封計量室,光伏發電一目了然;

                  可根據客戶需求配用國內外

                  品牌廠家元件;

                  可選配電能質量在線監測裝置檢測光伏發電系統的各電參量,并與后臺聯機通訊,實現智能化管理;

                  可選配防孤保護及逆功率保護功能;

                  具有RS485通訊接口,使用ModBus-RTU通訊協議

                  匯流箱

                  a481d9472adb957c701b81582f8d780

                  APV光伏匯流箱

                  防護等級為IP65,滿足室內外安裝要求;

                  采用霍爾傳感器,隔離測量,16路輸入;

                  耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇;

                  可選電壓測量功能,測量電壓DC1kV;

                  具有RS485通訊接口,ModBus-RTU通訊協議;

                  可根據客戶需求配用國內外品牌廠家的光伏專用直流斷路器,光伏專用直流熔斷器、防雷保護器等元件。

                  智能網關

                  ad8adebf6ea0e55895b95850a20cfc8

                  ANet-1E2S1-4G

                  嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議,支持和調度系統遠動通訊。

                  微機保護測控裝置

                  27cb920c5d7ec39148284fd4b39c998

                  AM5SE

                  適用于35kV和10kV電壓等級的線路保護測控、變壓器差動、后備保護測控等功能

                  電能質量監測

                  9c32608d0b1c898983c9d33d417e758

                  APView500

                  電網頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數,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、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、閃變??奢斎?7.7V/100V或220V/380V。

                  弧光保護裝置

                  6b3c5605551937430ca624767972ac2

                  ARB5

                  集保護、測量、控制、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實時監測弧光信號,保護電流,適用于中低壓等級電網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路開關量狀態監測,可以對匯流箱內的防雷器、斷路器狀態進行監控

                  具有內部測溫功能,可實時監測箱內溫度,保證電氣安全

                  具有DC1500V母線電壓測量功能

                  具備RS485接口,Modbus-RTU協議,將監測數據上傳至后臺系統

                  直流電表

                  DJSF1352

                  DJSF1352

                  電壓輸入DC750V,電流輸入DC300A/75mV,在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用

                  DJSF1352RN

                  圖片

                  PZ96L-DE

                  多功能電表

                  APM800

                  各電壓等級全電氣參數測量、計量和狀態量采集

                  逆變器

                  逆變器推薦:

                  陽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

                  六、結語

                  總之,針對光伏電站光伏區信息接入研究的深入開展,效果和意義非常突出。因為光伏電站屬于國家重點以及全力開發的綠色能源項目,實現光伏區監控系統在光伏電站運營的應用,可以將電站運行的管理效率的提升,強化生產運行管理水平,進而使生產運行以及相應的設備維護成本有所降低。

                  【參考文獻】

                  1. 雷鵬.研究光伏區監控系統在光伏電站運營中的作用及發展趨勢[J].新一代信息技術產業建設與研究,2020.46.074

                  2. 徐艷華.光伏區監控系統在光伏電站運營中的作用及發展趨勢[J].設備管理與維修,2020(22):120-122

                  3. 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

                  4. 分布式光伏發電監測系統解決方案.2021.09版


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