光伏电站远程监控系统的构建与发展

修波，黄莉，牛进军，郑伟亮，刘宝林

(1.青海大唐国际共和光伏发电有限责任公司，青海813000；2.北京金鸿泰科技有限公司，北京100081)

光伏电站远程监控系统的构建与发展

修波1，黄莉1，牛进军1，郑伟亮2，刘宝林2

(1.青海大唐国际共和光伏发电有限责任公司，青海813000；2.北京金鸿泰科技有限公司，北京100081)

能源是人类社会存在的基础更是社会发展与进步的见证者。随着社会的发展人类对能源的认识和使用都在发生着重大的变化，从早期的木类燃烧到煤炭的使用，再到现在的石油和天然气为主的能源使用，能源的使用形态都在发生着重要的变化，但是这些能源全部是化石为主的物质，这些能源是不可再生的，如果不加以扼制的使用这种能源终将会枯竭，为了保证稳定的、持久的能源，例如太阳能、风能、水能等清洁能源的被认识与开发应运而生，新能源电站也迅速的建设起来，但新能源电站的建设较为分散，在各省的不同区域或全国的不同省份都有同一公司的新能源电站的建设，因此新能源电站的集中化管理成为新能源电站管理方式的首要选择。新能源电站的远程监控系统也成为新能源电站管理系统的发展方向。

能源；光伏电站；远程监控系统

1 背景

能源是人类社会存在的基础更是社会发展与进步的见证者。随着社会的发展人类对能源的认识和使用都在发生着重大的变化，从早期的木类燃烧到煤炭的使用，再到现在的石油和天然气为主的能源使用，能源的使用形态都在发生着重要的变化，但是这些能源全部是化石为主的物质，是亿万年前木质在地层中压缩形成的，这些能源是不可再生的，如果不加以扼制的使用这种能源终将会枯竭，并且化石能源在燃烧过程中有大量的CO、SO2等污染环境的气体排放，破坏生态。为了保护环境并且减少化石类能源的使用，必须优化能源结构，改变能源的使用方向，这就促使我们需要大力开发利用清洁和可再生的新能源。太阳能、风能、水能等清洁和可再生的能源成为了新能源架构的发展方向。

基于社会需求，新能源的利用越发的广泛，太阳能作为一种既丰富又对环境不产生污染的巨量可再生能源促使光伏发电发展极为迅猛，在全国各地都出现大量的光伏发电电站。光伏并网发电是将太阳能转化为电能上送至电网。具有清洁、无污染，不受资源分布区域的限制，建设周期较短，供电系统稳定等优点。

我国的光伏电站在内蒙、新疆、青海等人员较为稀少，太阳辐照强度较高的区域较多。光伏电站由一次侧发电设备和二次侧监控保护设备组成，一次侧发电设备主要包括：太阳能电池板、直流汇流箱、直流配电柜、逆变器、箱变、高压开关柜、无功补偿装置等设备，二次侧监控保护设备主要包括：母差保护装置、光差保护装置、故障录波装置、公用测控装置、电能质量在线监测装置、电能量采集装置、电度表、线路/电容测控装置、光功率预测装置、AGC/AVC控制系统和综自主机显示器等设备组成。

现在光伏电站多采用分块发电、就地升压、集中并网的解决方案。太阳能电池板通过串、并联方式组成光伏方阵也就是阻串，然后通过直流汇流箱将阻串电流进行汇流，再通过直流配电柜进行直流二次汇流，然后接入逆变器直流侧，通过逆变器实现直流和交流的转换，逆变器交流侧输出符合国际要求的正弦交流电，再通过逆变器交流侧接入升压变压器，升压为符合电网电压等级的正弦交流电，然后送入高压配电室母线，集中并网，通过出线高压开关柜送入升压站。无功补偿装置用于进行无功的就地补偿从而确保并网电压的稳定。

2 建设思路

二次侧监控保护设备通过汇流箱、高压开关柜中的电流/电压互感器以及逆变器、箱变等设备的通讯单元采集各发电设备的电压、电流、频率等参数并将这些参数和保护定值进行对比从而实现对一次侧设备的监视和保护。在二次侧监控系统中，综自主机和显示器是光伏电站监控系统的枢纽和中心，对整个监控系统起着至关重要的作用。

综自后台通过采集汇流箱、逆变器、箱变以及高压开关柜等一次侧的各种遥测、遥信、遥脉等信号，并通过遥控和遥调命令对高压侧进行控制和调节，从而达到对电站发电系统设备的保护和监控。但是这种控制和监控方式是一种独立的方式，只对本地电站进行监控，各个电站之间没有联系。但是现在光伏电站的建设较为广泛，各集团建设不止一座光伏电站，这就造成各个电站各自独立，不能集中观察各电站的发电运行情况。基于这种现状，集中监控系统的建设成功地解决了这个问题。

光伏电站集控中心监控系统是在已有的各光伏电站综自后台的基础上建立统一的实时历史数据库平台以及集中监控平台来实现对光伏电站群的远程监控和管理的总体目标。集控系统将现有光伏电站本地的监控系统、功率预测系统等相关信息进行整合构建成统一的生产信息系统平台，通过建立通讯实现各光伏电站后台监控系统和集控系统之间的数据交换，集控系统向各个光伏电站提供统一的运行相关信息，实现新能源企业在高层的监控层面上的一致性。

信息管理平台是高效、简便、实用的管理信息系统，能够对生产运行管理信息进行有序收集、整理、存储、分析和信息共享，并通过应用服务系统和信息服务系统为生产运行管理全面、准确、快速地提供所需要的信息，实现集团生产运行的科学管理、流程管理、跟踪管理和目标管理，从而达到人、财、物的高效运作和资源的优化利用，保障实现光伏电站群综合利用效益最大化。

按照二次安防要求，综自系统为光伏电站的安全一区，集中监控系统隶属于安全三区，安全三区采集安全一区的数据需要通过加装正向隔离设备以保证安全一区的可靠运行。所以集中监控系统通过增加隔离、防火墙、工作站、显示器等设备实现总部对其旗下的各个电站的运行情况进行监视，增加的集中控制系统通过IEC101、102或104规约和各电站的综自系统进行通讯，采集各电站的数据并进行汇总处理从而集中的显示各电站的运行状况。在不同的区域设立区域集控中心，在总部设立总集控中心，使区域的电站在各区域集控中心进行展示，总的集控中心能展示旗下的所有电站。

如图：

图1

其中数据源1和数据源2为不同的光伏电站的数据信息，在经过历史服务器汇总后经过特设的VPN通道传至总部集控中心。到达总部集控中心的数据通过配置系数使所有显示的数据与电站所有的实际数据相同。

通过加设少量的通讯设备和电站综自系统进行通讯采集数据并通过光缆等传输设备建立VPN通道，将电站数据传输至总部。图2为新能源电站集中监控的效果图。

在集控中心可以查看各个电站的发电量等各种数据，以及通过处理后整个集团的总的发电量情况。

3 远程监控系统的发展

现如今远程监控系统已经趋于完善并且都具有一定的可拓展性和横/纵向延伸性，利用集中控制系统的这些性质也已经研发了很多实用性的软件，例如智能运维管理系统和故障诊断系统，这些系统是利用远程监控系统采集过来的数据再进一步的分析处理并进行相同设备间的数据对比，通过核心的算法，将这些数据作为诊断的依据，这就能将数据更加合理的利用起来。

图2

图3 故障诊断系统

图4 智能运维管理系统

4 总结

集控系统充分总结了调度自动化系统的成功运行经验，涵盖了调度主站、变电站、集控中心站运行工作的各种业务需求，可以向用户提供各种规模的调度运行、集控中心、变电站的完整解决方案。系统采用模块化设计，基于厂站一体化综合信息平台，搭建站内各种应用子系统，各子系统相对独立；通过配置的方式改变运行方式，应用子系统可以合并到一台嵌入式工控机上运行，也可以分散到多个机器上运行，各机器分工不同共同组成了一个整体的集控系统。利用集控系统作为数据转发的工具则能开发出更多人性化、智能化的管理软件，为现代电站提供更加便捷的管理模式。

TP393

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1009-3044(2017)21-0222-02

2017-06-11

修波(1979—)，男，内蒙人，本科，高级职称，研究方向为新能源发电；黄莉(1980—)，女，河南人，本科，初级职称，研究方向为新能源发电；牛进军(1989—)，男，甘肃人，专科，初级职称，研究方向为新能源发电；郑伟亮(1986—)，男，河北人，本科，初级职称，研究方向为新能源发电监控；刘宝林(1973—)，男，江西人，硕士，中级职称，研究方向为新能源发电监控。