分布式光伏电站的智能监控技术及平台开发研究

李婷婷

摘要：为了实现碳达峰及碳中和的目标，需要大力发展新能源，提高新能源在电力能源体系中的占比。其中以光伏为代表的新能源装机容量提升较快，已经成为电力系统中的重要能源类型。其中分布式光伏由于建设场景较为灵活，总装机容量较大，需要对众多分布式光伏电站加强监控，以保证分布式光伏电站的稳定运行。本文系统分析了分布式光伏电站的智能监控技术，并介绍了分布式光伏电站管控平台的开发原理。

关键词：分布式  光伏电站 智能监控  平台开发

Development of Intelligent Monitoring Technology and Platform for Distributed Photovoltaic Power Stations Research and Development

LI  Tingting

（National Grid Gansu Electric Power Company， Gannan Power Supply Company， Gannan， Gansu Province， 747000 China ）

Abstract： In order to achieve the goal of carbon peak and carbon neutrality， it is necessary to vigorously develop new energy sources， increasing the proportion of new energy in the power energy system. Among them， the installed capacity of new energy， represented by photovoltaic， increases rapidly， and has become an important type of energy in power system. Because of the flexible construction scene and large total installed capacity， it is necessary to monitor and control many distributed PV power plants to ensure the stable operation of distributed PV power plants. In this paper， the intelligent monitoring technology of distributed pv power station is analyzed， and the development principle of management and control platform of distributed pv power station is introduced.

Key Words： Distributed; Photovoltaic power station; Intelligent monitoring; Platform development

分布式光伏电站在地理位置分布上较为复杂，包括屋顶、山区等场合，采用传统的监控平台难以实现对分布式光伏电站的有效监视及控制，并且监控的效率及准确度相对都不高。为此有必要构建高效的分布式光伏电站监控平台，实现对光伏电站内不同厂商、不同类别、不同型号的逆变器及其他设备的有效管理，并实现对区域内所有光伏电站的完整、统一的实时监测和控制，更好地保障分布式光伏电站的稳定运行[1]。本文首先分析了分布式光伏的发展现状及发电特性，其次阐述了具体的分布式光伏电站智能監控的实现原理及监控系统所具备的功能，最后分析了分布式光伏电站管控平台的开发技术，包括网络通信技术及网络安防技术等。

1 分布式光伏的发电特性

1.1 分布式光伏的发展现状

当前无论是分布式光伏还是集中式光伏，装机容量都在快速增加，发展形势较好，光伏发电在电力消费中的占比也在显著提升。分布式光伏一般接入配电网，使得配电网中的功率具备双向流动的特征，今后还将有大量的分布式光伏电站接入系统。但当大规模的分布式光伏接入系统之后，需要对这些分布式光伏电站进行监控，才能够掌握光伏电站的具体运行信息，从而指导电网调度运行人员，优化系统的运行方式。

1.2 分布式光伏的发电特性

光伏发电系统主要是依靠太阳能电池板接受太阳光照强度，并将太阳能转化为电能，故其出力大小和光伏阵列中所接受到的光照强度具有直接的关系。在发电特性上，表现为白天的出力较大，而晚上没有太阳光照的时段则出力为零。光伏出力除了具有这一波动性之外，还具有随机性，要求电力系统具备一定的正旋转备用容量和负旋转备用容量，以满足系统功率实时平衡的要求。

2 分布式光伏电站的智能监控技术

2.1 分布式光伏电站智能监控的原理

为了实现对分布式光伏电站的智能监控，在光伏电站监控系统中需要用到监控功能模块、感应功能模块和计算功能模块等。其中利用监控功能模块，可以对分布式光伏电站中的逆变器等元件及电路进行实时监控。感应功能模块主要是由温度传感器及光学传感器等组成。温度传感器用来采集光伏电站设备的运行温度信息，当温度超过了所设定的阈值时，应可靠发出告警信息[2]。光学传感器可以用来监控光伏电站中的太阳光强度，从而更好地对分布式光伏电站进行管理。计算功能模块则可以对所采集到的光伏电站运行数据进行分析和处理，得出具体的光伏电站运行状态结果。同时在分布式光伏电站的智能监控系统中，可以分为子站和主站两个层级，通过统一的通信规约和通信程序，实现数据的采集上送及运行控制指令下发。

2.2 分布式光伏电站智能监控的功能

构建分布式光伏电站智能监控平台，对于优化分布式光伏电站的运行也具有重要作用。当分布式光伏电站的装机容量较大时，会给电网的运行带来一定的影响，甚至会对电网的稳定运行带来一定的挑战。而采用分布式光伏电站智能监控平台，可以对辖区内各个分布式光伏电站的运行情况进行有效的控制，如图1所示为光伏电站的功率控制指令发送基本流程图。

从图1中可以看出，分布式光伏电站监控平台可以根据当前的各电站出力情况、日前计划、调峰约束、光伏接纳能力等数据信息，进行整体的功率分配计算，并给各个分布式光伏电站下达发电计划。各个电站的实际出力数据需要在计划值的范围内，这样就能够正常在整个电网全局范围内，对各个分布式光伏电站进行统筹调度，从而优化电网的运行。

3 分布式光伏电站管控平台的开发技术

3.1 分布式光伏电站管控平台的结构

在开发分布式光伏电站管控平台之前，首先需要设计好分布式光伏电站管控平台的结构，并评估该架构是否能够满足监控的需求，同时在网络通信安全性能上是否也满足要求[3]。由于分布式光伏电站在地理位置分布上较为分散，难以采用有线通信的方式，一般都是采用无线通信系统，将各个分散的分布式光伏电站相互之间连接起来，而有线通信方式一般应用在集中式光伏电站的通信场合中，如图2所示为分布式光伏电站集中监控系统架构图。

从图2中可以看出，分布式光伏电站集控系统负责对若干个地理位置分散的光伏电站子站群进行统计集中监视和控制。集中监控平台起到上传下控的作用，既能够接受子站系统所上传的数据信息，同时也能够下发相应的控制指令给各个分布式光伏子站群，达到对分布式光伏电站运行控制的目的。在分布式光伏电站集中监控主站系统的网络组网方式上，可以采用千兆以太网组网，并构建双网冗余配置，以提高主站网络系统的通信可靠性。

3.2 分布式光伏电站管控平台中的网络通信技术

根据图2中的光伏电站集控系统架构，各个分布式光伏子站群要和集控中心進行通信，需要借助无线通信网络才能实现。而无线通信网络系统除了具备应用灵活方便的优点外，也存在易遭受网络攻击等安全性问题。为了保证分布式光伏电站管控平台中的通信系统运行稳定，首先需要保证通信系统中的光纤等链路运行可靠，其次是需要在通信系统中配置相应的网络安全防护技术措施，提高分布式光伏电站数据在子站和监控主站之间通信过程中的安全性[4-6]。如可在分布式光伏子站群和集控主站之间部署信息加密装置，根据数据通信吞吐量的大小，来决定选择相应容量的信息加密装置。此外，在分布式光伏监控主站系统中，应部署恶意代码防护程序和安全审计系统，以便能够及时发现监控主站系统中所存在的异常进程等，并对各个网络访问行为进行安全审计，保障分布式光伏电站监控主站系统的网络安全。

4 结语

分布式光伏电站由于分布较广，对其进行统一监控的难度较高，而这也是发展分布式光伏、实现大规模工业化应用所需要克服的关键技术。通过实现分布式光伏电站的智能监控，可以提高优化分布式光伏出力和运行，提升分布式光伏的消纳能力。本文所分析的分布式光伏电站的智能监控平台开发技术，对于提高分布式光伏电站的运行稳定性具有一定的价值。

参考文献

[1] 张鑫.分布式光伏电站远程智能监控系统设计[J].现代电子技术，2017，40（4）：172-175，178.

[2] 陈同浩，刘永成，李坤，等.基于ZigBee的分布式光伏发电监控系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2017，36（10）：73-76.

[3] 卢国杰，赵小萌，董朝阳，等.分布式光伏发电上网负荷自动监控与智能分析[J].河北电力技术，2019，38（2）：7-9，21.

[4] 涂希，张佳伟，朱文欢.基于LabVIEW的智能化分布式光伏发电监控系统设计[J].电子制作，2021（21）：23-26.

[5]王山岭.基于VR-GIS的光缆故障精确定位方法研究[D].长春：长春理工大学，2020.

[6王佳庆.通榆边昭66kV光伏发电项目设计[D].长春：长春工业大学，2020.

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