分布式光伏电站监控平台的实现原理及开发技术分析

国网甘肃省电力公司甘南供电公司 吴保华 翟志成 韩诗地 李婷婷 武君君 张 鑫

近年来分布式光伏的发展速度较快，地区电网中并网的分布式光伏装机容量也在不断扩大，有必要建设分布式光伏电站监控平台，实现对光伏电站的集中统一监控。本文详细分析了分布式光伏电站监控平台的实现原理，并对监控平台的开发技术进行了介绍。

随着光伏电站建设规模的扩大，应实现对并网光伏电站的实时监控，掌握光伏电站的运行状况，保证光伏并网后的电网安全运行。结合物联网新技术，构建统一的分布式光伏监控管理系统，能够对不同厂商、不同类别的逆变器和其他相关电气设备进行监控，从而实现电站管理效率最优化，并可以优化分布式光伏电站的运行，提高地区电网对分布式光伏的消纳能力。

1 分布式光伏的发电特性

光伏电站的出力大小与光伏电池板所接收到的太阳光照强度具有直接的关联，由于太阳光照强度随着时间不断变化，光伏的出力特性具有一定的波动性。光伏电站的出力主要集中在白天时段，此时太阳光照强度较大，故光伏电站的出力也较大。如果并网的光伏电站装机容量较大，则会给电网带来一定的冲击，应对分布式光伏电站进行监视，优化光伏电站的运行，提高分布式光伏的消纳电量。

2 分布式光伏电站监控平台的实现原理

2.1 对分布式光伏电站进行监控的意义

分布式光伏电站监控平台主要的功能包括光伏电站的计量、光伏功率预测等，同时通过采用分布式光伏电站监控平台，对相应的光伏发电装置进行监控。当仪器设备损坏时，能够及时通知工程人员对相应损坏的设备进行维修处理，对没有损坏的设备进行及时维护，很好的保障了光伏发电装置的安全稳定运行，具有分布式监控采集的优点，从而有效地解决现有光伏发电设备不能对其进行有效的监控，而导致仪器损坏时不能及时了解对其进行维修、影响光伏发电装置正常运行的问题。

此外，分布式光伏电站监控平台还具有控制指令下发的功能，通过监控平台，优化地区电网中各个分布式光伏电站的运行，其中光伏电站有功控制系统指令流程如图1所示。

从图1中可以看出，分布式光伏监控主站平台根据各个光伏电站的出力值，通过安全校核计算，下发各个光伏电站的出力计划，并实时计算当前电网对光伏的消纳能力，从而有力保障光伏电站的运行。

图1 光伏电站功率控制指令流程

2.2 分布式光伏电站监控平台的实现原理

在光伏发电系统中，主要包括的模块有光伏电池、蓄电池、控制器和逆变器等，光伏电站在运行的过程中可靠性较高，能够运行的年限也较长，不会对环境产生污染，应用前景较广。在光伏电站监控平台中，包括光伏发电设备数据采集单元、太阳能辐射采集模块、变电站数据采集模块、通信单元等，各模块之间应相互连接，实现数据的传输和共享。同时采用上位机与监控平台中的通信单元进行耦合，当上位机采集到光伏电站的运行状态数据后，再传输到监控平台中，分析和诊断电站的运行状况，提高电站运行的安全性。在数据采集模块中，包括计量器、传感器和自检电路等。通信模块应支持多种不同的通信规约，保证通信模块具有较好的互操作性。

图2 分布式光伏集控系统架构

在分布式光伏监控单元中，各个模块具有不同的功能，以下分别进行分析。首先对于开关检测仪，可以用来检测光伏电站汇流柜、逆变器中的开关动作次数和运行状态等信息。对于电量计量器，可用于检测流箱中的支路电流、电压等信息。这些模拟量数据信息采集完毕之后，就可以按照相关的通信规约传输到监控平台进行解析，并还原为真实的数据，利用可视化技术展示在光伏电站的运维人员面前，实现对光伏电站的远程集中监控。

3 分布式光伏电站监控平台的开发技术分析

3.1 监控平台的网络架构

通过分布式光伏电站监控平台，可以将各个分布式光伏电站的运行数据信息传输到控制中心，实现统一集中监视和控制，分布式光伏集控系统架构如图2所示。在整个监控平台的搭建过程中，需要采用到包括路由器、交换机等多种类型在内的网络设备，实现网络通信组网和数据信息交互。

分布式光伏电站监控平台可以分为主站系统和子站系统和传输通道等，可以完成对分布式光伏电站的遥信、遥测、遥控和遥调等功能。从图2可知，各个分布式光伏子站群通过通信网络传输到控制中心，实现网络通信组网。利用光伏电站监控平台，可以实现对各个分布式光伏电站运行设备的操作和控制。

3.2 分布式光伏电站监控平台的开发设计

分布式光伏电站监控平台可以采用分层分布式的结构，在平台开发的过程中，应遵循一定的原则，如应充分利用现有的资源、降低工程的造价成本、通信系统的运行可靠性要求运行要求等。

在开发分布式光伏监控系统时，主要包括监控模块和感应模块等模块。感应模块主要负责采集分布式光伏电站的运行数据信息，两大模块中的数据信息都可以在计算机群组平台上展示、分析和处理。其中，在对监控模块进行设计的过程中，可以采用单片机作为核心处理模块，能够以较为轻巧的方式实现程序逻辑分析和判断的功能。

硬件电路设计完毕之后，在监控平台的搭建中还涉及到软件部分，应设计好程序开发流程图，并可以采用持续集成理论，开发分布式光伏监控平台中的软件部分。在对软件系统进行结构设计时，应该采取模块化的设计思想，对软件开发系统中的各个模块都分别确定各自的实现算法，并保证各个模块之间具有良好的软件交互性，保证整个软件系统能够协调工作。在软件结构设计中，应对软件系统中的各个数据流向进行分析。其次，在软件开发项目管理中，在对软件的各个模块进行测试的阶段，应保证各个模块都达到了预期的目的，各个软件模块之间具有良好的软件交互性。

3.3 监控平台中的网络通信及安全防护技术

分布式光伏电站的运行数据信息需要借助通信数据网才能传输到监控主站平台，实现对分布式光伏电站运行数据信息的实时监视和操作控制。在网络通信系统的构建中，应合理分配各个分布式光伏电站的网络通信地址，并设置好相应的互联通信地址，不应出现地址冲突导致网络通信中断的事件发生。在网络通信系统的架构方面，可以分为接入层、汇聚层和核心层等，保证网络通信系统的层次清晰。在监控平台网络路由的构建中，将降低各个分布式光伏电站对网络路由的消耗，提高网络通信的性能和速率，降低网络通信系统中的错误数据包的数量，保障网络通信系统的稳定，使得监控平台能够可靠对各个分布式光伏电站进行实时监视和控制。

同时，由于分布式光伏电站可以采用无线通信技术和监控主站平台相互通信，故存在着较大的网络安全风险。为了保证监控平台的网络安全，需要采取相应的网络安全控制措施，如数据信息加密技术、防火墙技术、逻辑隔离、访问控制、安全审计和入侵检测等网络安全保障技术。随着分布式光伏的进一步发展，分布式光伏电站监控平台的技术水平将会直接影响分布式光伏的大规模应用，故今后应加强对分布式光伏电站监控平台开发技术的应用研究。

结论：随着分布式光伏电站的数量不断增多，为了保证电网运行安全，需要通过分布式光伏电站监控平台，对各个分布式光伏电站进行监视。本文系统分析了分布式光伏电站监控平台的原理和具体的开发技术，对于提高分布式光伏电站监控平台的技术水平具有一定的价值。