论文部分内容阅读
摘 要：针对分布式大型屋顶光伏电站运行的特点，根据接入点各区域的实际情况，设计了基于光纤局域网的远程智能监测及运行控制系统，实现对分布式大型光伏屋顶电站的运行数据采集和运行状态控制。
关键词：屋顶；光伏电站；智能监控；光纤局域网
0 引言
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。[1]
太阳能作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源受到国内外的空前重视，从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。欧盟、美国和日本把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上，2050年达到20%以上，大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中占有重要地位。
光伏发电需要政府补贴，随着太阳能光伏发电项目受到政策扶持力度越来越大，众多企业开始投资这一项目。在大型光伏屋顶电站的运营中，要对各厂房屋顶上分布的光伏电站设备进行监测，运行控制及维护十分困难和繁琐[2]，需要大量的人力、物力及财力。本文开展了分布式大型屋顶光伏电站的实时远程智能运行控制系统的开发，通过高效传感器及相关通讯设备采集光伏电站的相关参数，包括：光伏方阵的输出电压、电流、输入功率，逆变器的输出电压、电流、输出功率，专业气象站提供的环境温度和湿度、太阳能辐照度、风速等参数，实时监测光伏电站设备的运行状态，当设备发生故障时，立即发出告警信号，通知维修人员及时处理。
1系统介绍
系统的结构系统的总体流程图如图1所示，由四部分组成，包括数据采集模块、通讯模块、监控模块、数据远传模块，具体由数据采集模块完成对各太阳能方阵的逆变器、智能电能表和专业气象站的数据采集功能；通讯模块利用通讯协议转换功能，将各太阳能方阵的数据采集模块与监控中心服务器纳入厂区光纤局域网中，完成数据传输功能；监控中心在接收到数据以后，对数据进行处理与分析，并通过监控界面对数据进行实时显示；数据远传模块将所采集数据通过网络上传至国家光伏电站数据接收中心。
2系统功能
本通讯方案主要采集所有太阳能方阵的直流电流、直流电压、直流输出功率，逆变器输出的交流电流、交流电压，并网点交流电流、交流电压、交流输出功率及专业气象站相关参数。太阳能方阵根据厂区区域划分，配置一套数据采集系统和通讯网关设备，数据采集器采集到各逆变器数据后，通过厂区光纤局域网转发到监控中心。其他一些无法连接至厂区光纤局域网的太阳能方阵逆变器数据，通过Zigbee无线模块与数据采集器通讯，再将太阳能方阵逆变器数据信息通过厂区光纤局域网转发到监控中心。
2.1数据采集单元
数据采集模块包含数据采集器、串口服务器两部分。数据采集器采集太阳能方阵输出电流、电压，逆变器输出电流、电压，串口服务器接收数据采集器上传信息，通过485通讯方式采集并网点电能表各数据分量，包括电流、电压、有功功率、无功功率等信息。
2.2通讯模块
2.2.1 有线方式通讯模块
以A厂房太阳能子方阵为例，A厂房由10台10kW逆变器、4块智能电表、1套环境监测仪器和1台串口服务器组成。数据采集器通过485方式采集各10kW逆变器信息，利用串口服务器进行通讯协议转换，与位于监控中心的监控服务器进行通讯；智能电表、环境监测仪与串口服务器通过485连接，转换为TCP/IP协议，转发到监控中心。
2.2.2无线通讯方式模块
以B厂房太阳能子方阵为例，B厂房采用无线通讯方案，数据采集器、通讯网关、 Zigbee模块及逆变器位于B厂房内。Zigbee模块、串口服务器和通讯网关安装在有厂区局域网覆盖区域。Zigbee模块位于尽可能靠近B厂房的地方。每台数据采集器通过485总线采集10KW逆变器数据，并转为以太网接口。由通讯网关与数据采集器通过以太网进行通讯，采集逆变器数据，并通过485总线采集电表数据。串口服务器与Zigbee无线模块通过串口通讯，通过无线模块采集B内的逆变器及电表数据，并进行协议转换存储，通过以太网口接到厂区局域网，与监控中心通讯。
2.3监控系统模块
本监控系统采用WEB形式，通过局域网可以访问。如果本厂区有固定IP也可以在互联网上访问。监控系统具备以下几个方面的功能：
（1） 监控数据实时动态显示；
（2） 监控数据越界报警；
（3） 气象信息集成；
（4） 光伏电站发电量统计；
（5） 数据信息存储。
（6） 用户权限管理；
2.4数据远传模块
监控系统采用WEB形式，通过局域网可以访问。监控中心服务器分配有固定IP地址，并用Internet公网相连接，通过权限开放，可将监控中心数据通过Internet传送到国家光伏电站数据接收中心，完成数据上传功能。
3结论
此系统已经在国内多个兆瓦级的分布式光伏电站系统上进行了应用，结果表明，该系统运行稳定，具有较高的可靠性，为用户带来了良好的经济效益。该系统具有示范意义，利用厂区网络，系统造价低廉，运行稳定可靠，可在光伏屋顶电站中推广应用。
参考文献：
[1]2012-2016年中国太阳能发电站投资分析及前景预测报告
[2] 谌贻华，谢建华,郑直，林立松。大规模分布式光伏电站远程智能监控技术研究.软件.2011年第32卷第5期
作者简介：
张新民（1976-）男，本科，保定天威英利新能源有限公司系统设计工程师。
关键词：屋顶；光伏电站；智能监控；光纤局域网
0 引言
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。[1]
太阳能作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源受到国内外的空前重视，从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。欧盟、美国和日本把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上，2050年达到20%以上，大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中占有重要地位。
光伏发电需要政府补贴，随着太阳能光伏发电项目受到政策扶持力度越来越大，众多企业开始投资这一项目。在大型光伏屋顶电站的运营中，要对各厂房屋顶上分布的光伏电站设备进行监测，运行控制及维护十分困难和繁琐[2]，需要大量的人力、物力及财力。本文开展了分布式大型屋顶光伏电站的实时远程智能运行控制系统的开发，通过高效传感器及相关通讯设备采集光伏电站的相关参数，包括：光伏方阵的输出电压、电流、输入功率，逆变器的输出电压、电流、输出功率，专业气象站提供的环境温度和湿度、太阳能辐照度、风速等参数，实时监测光伏电站设备的运行状态，当设备发生故障时，立即发出告警信号，通知维修人员及时处理。
1系统介绍
系统的结构系统的总体流程图如图1所示，由四部分组成，包括数据采集模块、通讯模块、监控模块、数据远传模块，具体由数据采集模块完成对各太阳能方阵的逆变器、智能电能表和专业气象站的数据采集功能；通讯模块利用通讯协议转换功能，将各太阳能方阵的数据采集模块与监控中心服务器纳入厂区光纤局域网中，完成数据传输功能；监控中心在接收到数据以后，对数据进行处理与分析，并通过监控界面对数据进行实时显示；数据远传模块将所采集数据通过网络上传至国家光伏电站数据接收中心。
2系统功能
本通讯方案主要采集所有太阳能方阵的直流电流、直流电压、直流输出功率，逆变器输出的交流电流、交流电压，并网点交流电流、交流电压、交流输出功率及专业气象站相关参数。太阳能方阵根据厂区区域划分，配置一套数据采集系统和通讯网关设备，数据采集器采集到各逆变器数据后，通过厂区光纤局域网转发到监控中心。其他一些无法连接至厂区光纤局域网的太阳能方阵逆变器数据，通过Zigbee无线模块与数据采集器通讯，再将太阳能方阵逆变器数据信息通过厂区光纤局域网转发到监控中心。
2.1数据采集单元
数据采集模块包含数据采集器、串口服务器两部分。数据采集器采集太阳能方阵输出电流、电压，逆变器输出电流、电压，串口服务器接收数据采集器上传信息，通过485通讯方式采集并网点电能表各数据分量，包括电流、电压、有功功率、无功功率等信息。
2.2通讯模块
2.2.1 有线方式通讯模块
以A厂房太阳能子方阵为例，A厂房由10台10kW逆变器、4块智能电表、1套环境监测仪器和1台串口服务器组成。数据采集器通过485方式采集各10kW逆变器信息，利用串口服务器进行通讯协议转换，与位于监控中心的监控服务器进行通讯；智能电表、环境监测仪与串口服务器通过485连接，转换为TCP/IP协议，转发到监控中心。
2.2.2无线通讯方式模块
以B厂房太阳能子方阵为例，B厂房采用无线通讯方案，数据采集器、通讯网关、 Zigbee模块及逆变器位于B厂房内。Zigbee模块、串口服务器和通讯网关安装在有厂区局域网覆盖区域。Zigbee模块位于尽可能靠近B厂房的地方。每台数据采集器通过485总线采集10KW逆变器数据，并转为以太网接口。由通讯网关与数据采集器通过以太网进行通讯，采集逆变器数据，并通过485总线采集电表数据。串口服务器与Zigbee无线模块通过串口通讯，通过无线模块采集B内的逆变器及电表数据，并进行协议转换存储，通过以太网口接到厂区局域网，与监控中心通讯。
2.3监控系统模块
本监控系统采用WEB形式，通过局域网可以访问。如果本厂区有固定IP也可以在互联网上访问。监控系统具备以下几个方面的功能：
（1） 监控数据实时动态显示；
（2） 监控数据越界报警；
（3） 气象信息集成；
（4） 光伏电站发电量统计；
（5） 数据信息存储。
（6） 用户权限管理；
2.4数据远传模块
监控系统采用WEB形式，通过局域网可以访问。监控中心服务器分配有固定IP地址，并用Internet公网相连接，通过权限开放，可将监控中心数据通过Internet传送到国家光伏电站数据接收中心，完成数据上传功能。
3结论
此系统已经在国内多个兆瓦级的分布式光伏电站系统上进行了应用，结果表明，该系统运行稳定，具有较高的可靠性，为用户带来了良好的经济效益。该系统具有示范意义，利用厂区网络，系统造价低廉，运行稳定可靠，可在光伏屋顶电站中推广应用。
参考文献：
[1]2012-2016年中国太阳能发电站投资分析及前景预测报告
[2] 谌贻华，谢建华,郑直，林立松。大规模分布式光伏电站远程智能监控技术研究.软件.2011年第32卷第5期
作者简介：
张新民（1976-）男，本科，保定天威英利新能源有限公司系统设计工程师。