浅谈智能化分布式光伏运维监控系统的设计与实现

摘要：为解决光伏电站监控系统光伏阵列监控不足、故障定位困难等问题，设计了集数据采集和处理于一体的智能光伏电站监控系统。根据企业光伏电站布局，提出了光伏电站智能监控系统方案，完成了监控系统的硬件选择和软件开发。仿真结果表明，监控系统具有光伏电站运行参数分析、光伏设备实时在线监控和报警功能，保证了光伏电站的可靠运行和集中管理。

关键词：光伏电站；智能监控系统；分布式光伏运维；实时在线

引言

随着世界能源产业结构的调整和人类对环境问题的重视，太阳能以其丰富的资源和灵活的布局成为当今新能源发展的主流，越来越多的光伏电站投入运营。光伏电站的可靠运行要求汇流箱、逆变器等设备在wu故障状态下运行，这对光伏设备的状态监测非常重要。目前，光伏电站主要采用人工定期检查和网络监控的方式对设备进行监控。由于人力资源有限，传统光伏监测系统智能化不足，光伏阵列监测不足，故障时无法快速定位。

在此背景下，本文对企业屋顶光伏电站的监控系统进行了智能化设计。监控系统为光伏电站汇流箱、逆变器等设备配备通信模块，利用RS485总线与各通信模块连接，将运行数据传输到上位机，利用上位机组态软件建立监控界面，分析运行数据，实现光伏电站运行状态的实时动态监控。设备故障时，上位机通过监控界面发出报警信号，提高了光伏电站的安全性。

一光伏电站布局

企业厂区四个屋顶分为A、B、C、D四个光伏发电区域采用集中式和分布式相结合的方式发电。C区工厂面积大，自用电少。因此，C区工厂采用集中式结构，根据工厂屋顶面积配置相应的光伏面板，20路连接直流汇流箱，汇流箱电流输入集中式逆变器。A、B、D区采用分布式结构，直流转换为交流，直接并入电网，最后通过交流电缆将四个区域的电流输送到并网柜。

二智能监控系统设计方案

为了在光伏设备故障时快速定位故障点，在硬件上选择智能汇流箱和逆变器；使用组态软件构建界面，在界面上显示每个智能元件。通过RS485总线将数据汇总到机柜串口后，通过光纤与上位机连接，实现监控功能。该系统可以实现简单直观的人机交互，同时实现数据采集和状态监控。其中，数据采集、状态监控和简单的数据分析由各种智能元件实现，通过组态软件实现人机交互；在组态软件中建立监控界面，导入实时数据进行分析处理。两者之间的连接通过基于C区的串口机柜实现，数据传输示意图如图1所示。

设备故障报警设计方案如下：监控系统中设有报警装置，当光伏面板发电量低于正常值时，会发出报警信号。晴天，软件系统及时响应所有故障报警信号；雨天，软件屏蔽逆变器岛保护和回流0A电流输入报警，但响应其他报警；晚上不响应任何故障报警。

根据上述设置，使用通过GPS校时的上位机计算机，查询当地历史平均每月或每10天、日出和日落时间。超出日出和日落范围的时间被认为是晚上，不响应故障报警；在此范围内，时间被认为是晴天，以响应所有故障报警。此外，由于软件算法难以计算雨天、多云和低光强度的天气，该工作由值班人员完成。软件提供功能开关，值班人员可在雨天关闭岛屿保护和0A电流输入报警。

三硬件选型

1直流汇流箱

DC汇流箱需要监控每个光伏面板的输出电流。当任何电路发生电流故障时，模块提供报警信号。此外，汇流箱应采集保护断路器的接触信号，了解断路器的位置，跳闸后应及时发出信号。因此，DC汇流箱采用常熟开关制造有限公司生产的CXPV-16/ZDC汇流箱。

2逆变器

根据设计要求，逆变器需要提供远程控制功能，发生故障时可以及时输出报警信号。因此，选择两种类型的逆变器，一种是CS1并网光伏逆变器。该逆变器通信接口多，远程控制功能多，输入电压范围广，适用于小型串低压设备。另一种选择SUN2000-60KTL-M0串逆变器。该类型的串逆变器基于模块化设计，可以减少电池组件工作点不匹配逆变器的情况，大大增加发电量。

四软件开发

利用Riyear-Powernet系统设计光伏电站的工业现场信息。采集到的元器件数据RiyearPowernet系统存储，建立历史和实时数据库，利用存储的数据对系统故障进行分析定位。

1软件结构

智能硬件系统通过Modbus驱动程序与上位机连接，人机界面可显示设备数据记录、数据报警等，系统软件结构如图2所示。

2软件设计与实现

首先，添加配置，选择常熟开关设备制造有限公司的两种I/O配置；其次，为了读取数据，需要定义数据库；第三，定义中间变量。在定义数据库变量之前，需要确定设备类型和模块。数据由Modbus标准命令收集，存储在各种存储器中，便于软件读取数据。设备地址、串口号和相关通信参数应根据相关要求设置在设备配置中。数据库变量的功能范围包括整个应用程序。定义数据库是定义地址，将变量与相应的设备连接起来。此时，在连接过程中，可以依靠事先设置的地址准确找到所需的数据。

当设备发生故障，软件判断需要响应时，及时切换到设备故障界面，同时播放报警声。当逆变器发生故障时，系统主界面显示区域闪烁，使值班人员能够快速定位故障区域。系统故障报警显示如图3所示。

3软件运行流程

首先启动软件，加载软件基本环境后，TCP/IP进行网络连接，连接完成后初始化每个串口，根据地址将数据发送给硬件设备。如果发送失败，尝试连续发送三次。如果发送失败，则判断设备离线；如果成功，在智能设备接收数据信息后，将自己的数据返回到上位机。软件接收数据后，存储在实时数据库中，并在人机界面读取数据。将每个串口连接并通信，并加载和读取历史数据。如果智能设备出现故障，将故障数据发送到系统。系统根据定义的算法判断设备的故障类型，并在界面上显示报警区域。故障解除后，软件系统恢复正常状态。流程图如图4所示。

五安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监控光伏站点的逆变器设备、气象设备和摄像头设备，帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括:站点监控、逆变器监控、发电统计、逆变器一次图、操作日志、报警信息、环境监控、设备档案、运维管理、角色管理。用户可以通过WEB和APP访问平台及时掌握光伏发电的效率和收益。

2应用场所

目前，我国的两种分布式应用场景是：农村屋顶的家庭光伏和工商企业的屋顶光伏。这两种分布式光伏电站今年发展迅速。

3系统结构

在光伏变电站安装逆变器和多功能电源计量仪器，通过网关将收集到的数据上传到服务器，并集中存储和管理数据。用户可以通过PC访问平台及时获取分布式光伏电站和各逆变器的运行情况。平台的整体结构如图所示。

4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构。任何有权限的用户都可以通过WEB浏览器监控分布在区域内各建筑物的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、并网、当前发电量、总发电量等）。

光伏发电；综合看板；事件记录；运行环境；

5系统硬件配置

(1)220V并网交流

(2)380V并网交流

(3)10kV或35kV并网

六结束语

毫无疑问，设备监控对光伏电站的安全运行和管理具有重要意义。为了方便电站的智能化和精细化管理，本文设计开发了光伏电站的智能监控系统。该系统收集光伏电站设备的数据，然后利用RS485总线将数据传输到上位机；然后，利用RiyearPowernet软件将电站的历史和实时运行数据建立成数据库。基于此，该软件实现了电站的实时在线监控。当光伏设备发生故障时，监控系统可以通过数据库数据分析快速准确地定位故障位置。监控系统保证了光伏电站的可靠运行和集中管理。

【参考文献】

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[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版