高寒地区独立光伏电站远程监控系统的研究

袁兴建 周国民

（西藏自治区能源研究示范中心，西藏 拉萨 850000）

西藏地广人稀，造成电网输电成本过高，电力供应稳定性得不到保证，如何保证偏远地区群众的生产生活用电，西藏丰富的太阳能资源使得独立光伏电站成为偏远乡镇、乡村电力保障的必然选择。但独立光伏电站存在建设过于分散，所在地区电站运维人员极少，电站检测设备极少等问题。电站出现故障需要维修，只能依靠电站运维人员先到电站查明原因，然后，返回购买故障部件，再到电站进行维修，部分故障需要往返好几次，才能完成维修，造成运维成本过高，供电的稳定性得不到保证。构建独立光伏电站远程监控系统对电站运行数据进行实时监控，并通过电站运行数据建立实时分析控制系统，使电站运维人员实时掌握电站情况，电站运行数据不断收集为电站升级改造提供数据支撑。文章基于北斗卫星通信研制一套适应高寒地区气候特性独立光伏电站远程监控系统，获取光伏电站所在地的太阳总辐射量、环境温度，光伏电站直流汇流箱、蓄电池、逆变器等设备的运行参数状态［1］，并通过运行数据的分析，对电站实施实时控制，并将数据储存在数据库，便于查询，为高寒地区光伏电站升级改造提供数据支持。文章试点电站为那曲地区嘉黎县林堤乡独立光伏电站，电站容量15kW，仅对当地部分单位供电使用，同时电站建成时间较早，不具备在线实时监测能力。

1 技术原理和组成

北斗指挥机接收电站通过北斗用户终端传回来的数据包，根据特定的协议进行解包，还原成可用的监测数据和运行参数，并将数据实时存入数据库。同时通过专业软件对数据进行分析整理，并将电站运行数据实时显示在数据中心的显示屏上，及时将故障信息通过邮件或短信通知电站运维人员。

1.1 数据采集

根据独立光伏电站的组成，采集光伏电站的直流汇流箱、蓄电池、逆变器等设备的电性能参数和电站所在地的环境温度、太阳总辐射等环境参数，其原理如图1所示：

图1 监控系统采集端原理图

监控系统采集端通过电流传感器、电压传感器、温度传感器和总辐射表等传感器采集光伏电站的光伏阵列参量、蓄电池参量、逆变器参量及电站环境参量，将这些参量传输到数据采集仪，数据采集仪按照ModBus协议［2］，并通过RS485将数据传给控制器。文章所选电站在海拔4700米的高寒地区，必须考虑到高寒地区大气压低引起的设备散热慢，绝缘强度降低；紫外线强和天气变化无常引起户外设备易老化，环境温度过低等问题。在设计监控系统采集端时，均要求设备满足电站所在地区气候特性要求，提高传感及设备的散热、绝缘、抗老化及抗低温性能［3］。

1.2 远程数据传输

监控系统的数据传输系统设计如图2所示

图2 监控系统数据传输原理图

数据传输原理是传感器直接将电信号传入数据采集仪，数据采集仪将信号按照ModBus协议传给控制器，连接使用RS485串口；控制器将接收到的数据进行解包和解析，按照ModBus协议封装为符合北斗专用协议［4］的数据包，通过RS485发送到北斗终端；北斗终端将控制机发送的数据包通过北斗卫星发送到监控中心的北斗指挥机，通信协议为北斗专用协议；北斗指挥机使用北斗专用协议将数据通过专用接头和RS485串口传给接收机，由接收机负责解包为原有的ModBus协议，再次解析并输入数据服务器的数据库中。

1.3 后台监控系统及数据处理

后台监控数据系统和数据处理原理如图3所示

图3 后台监控系统原理图

后台监控系统原理是数据数据库分为实时数据库和集中储存数据库。实时数据库用于电站运行状态的实时监控，并完成自动报警功能。集中储存数据库用于数据查询分析和为电站的研究提供支持；通过Web服务提供网络端、移动端查询和远程数据分析；通过推送服务提供短信、邮件等方式的故障信息推送服务。

2 监控系统基本功能

2.1 电站实时显示功能

电站运行数据实时显示在监控中心（如表1），以便实时了解电站实时状况，同时根据设定阀值实现自动报警。

表1 监控系统实时显示表

2.2 监控系统数据分析整理功能

根据电站运行数据计算电站发电量和用电量（如图4），计算电站各部分效率；分析电站运行数据，掌握电站设备运行状态，及时排除隐患。

图4 2017年5月8日电站日发电量和用电量

根据发电和用电曲线计算，该光伏电站日发电量23kWh，日用电量34kWh。

3 结语

西藏偏远地区存在网络和移动信号微弱、信号稳定性差等问题，选择技术成熟、数据传输稳定性好的北斗卫星通信技术，为西藏独立光伏电站远程监控系统提供技术支持，实时传输电站各项参数、监控电站运行情况，及时了解故障产生原因并做出处置。监控系统的搭建将为偏远地区独立光伏电站的监控管理，提供一种数据传输稳定、可靠、低成本的监控方案。同时将西藏光伏电站运行数据接入数据监控中心，组成光伏电站数据云，为西藏光伏产业的高速健康发展提供有力支撑。