淺談智能化分布式光伏運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)


    楊翠
    安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801


     

       摘要:為解決光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)光伏陣列監(jiān)測(cè)不足、故障不易定位等問題,筆者設(shè)計(jì)了集數(shù)據(jù)采集和處理的智能化光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)光伏電站布局,提出了光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)方案,完成了該監(jiān)控系統(tǒng)的硬件選型和軟件開發(fā)。結(jié)果表明:該監(jiān)控系統(tǒng)具備光伏電站運(yùn)行參數(shù)分析、光伏設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、報(bào)警功能,**了光伏電站的可靠運(yùn)行和集中管理。

       關(guān)鍵詞:光伏電站;智能監(jiān)控系統(tǒng);分布式光伏運(yùn)維;實(shí)時(shí)在線

     

    0、引言

       隨著世界能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類對(duì)環(huán)境問題的重視,太陽能憑借資源豐富、布局靈活的優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)今新能源發(fā)展的主流,當(dāng)前越來越多的光伏電站投入運(yùn)營(yíng)。光伏電站的可靠運(yùn)行,需要匯流箱、逆變器等設(shè)備在無故障狀態(tài)下運(yùn)行,對(duì)光伏設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)十分重要。目前,光伏電站主要采用人工定期檢查、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于人力資源有限及傳統(tǒng)光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化不足,這兩種方式都存在光伏陣列監(jiān)測(cè)不足、遇到故障時(shí)無法快速定位的問題。

       在此背景下,本文對(duì)某企業(yè)屋頂光伏電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)。該監(jiān)控系統(tǒng)為光伏電站匯流箱、逆變器等設(shè)備配備通信模塊,利用RS485總線與各通信模塊相連,將運(yùn)行至上位機(jī),并利用組態(tài)軟件在上位機(jī)建立監(jiān)控界面,對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)光伏電站運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),設(shè)備故障時(shí)上位機(jī)通過監(jiān)控界面發(fā)出報(bào)警信號(hào),提高了光伏電站的安全性。

    1、光伏電站布局

       企業(yè)廠區(qū)4個(gè)屋頂被分成A、BC、D四個(gè)光伏發(fā)電區(qū)域,采用集中式和分布式相結(jié)合的方式發(fā)電。C區(qū)廠房面積較大且自用電較少,故對(duì)C區(qū)廠房采用集中式結(jié)構(gòu),根據(jù)工廠屋頂面積配置與之相對(duì)應(yīng)的光伏面板,并以20路為一組接入直流匯流箱,匯流箱的電流輸入到集中式逆變器。A、B、D區(qū)采用分布式結(jié)構(gòu),使用組串式逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流后直接并入電網(wǎng),最后再將四個(gè)區(qū)域通過交流電纜將電流輸送至并網(wǎng)柜。

    2、智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

       為了能夠在光伏設(shè)備發(fā)生故障時(shí)快速定位故障點(diǎn),在硬件上選用智能型的匯流箱、逆變器;使用組態(tài)軟件構(gòu)建一個(gè)界面,將每個(gè)智能元器件在界面上顯示出來,通過RS485總線將數(shù)據(jù)匯總到機(jī)柜串口后,通過光纖與上位機(jī)進(jìn)行連接從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控的同時(shí),可進(jìn)行簡(jiǎn)單、直觀的人機(jī)交互。其中,數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析由各種智能元器件來實(shí)現(xiàn),人機(jī)交互通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn);在組態(tài)軟件中建立監(jiān)控界面,將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中進(jìn)行分析處理,兩者之間的連接通過建立在C區(qū)的串口機(jī)柜實(shí)現(xiàn),示意圖如圖1所示。

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       設(shè)備故障時(shí)報(bào)警設(shè)計(jì)方案如下:在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)有報(bào)置,當(dāng)光伏面板發(fā)電量**正常值便會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。晴天時(shí),軟件系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)所有的故障告警信號(hào);陰雨天,軟件屏蔽逆變器孤島保護(hù)及回流量0A電流輸入的告警,但是響應(yīng)其他的告警;晚上不響應(yīng)任何故障告警。

       根據(jù)上述設(shè)定,采用一臺(tái)通過GPS校時(shí)的上位機(jī)電腦,查詢當(dāng)?shù)貧v史平均每個(gè)月或者每10天,日出、日落的時(shí)間。**出日出、日落范圍的時(shí)間認(rèn)為是晚上,不響應(yīng)故障告警;在該范圍內(nèi)的時(shí)間認(rèn)為是晴天,響應(yīng)所有故障告警。此外,由于軟件算法很難計(jì)算陰雨、多云、低光照強(qiáng)度的天氣,因此,該工作由值班完成。軟件提供功能開關(guān),值班人員可以在陰雨天氣,關(guān)閉孤島保護(hù)和0A電流輸入的告警。

    3、硬件選型

    3.1直流匯流箱

       直流匯流箱需要監(jiān)視各個(gè)光伏面板的輸出電流,當(dāng)任意一個(gè)回路發(fā)生電流故障,該模塊提供報(bào)警信號(hào)。另外,匯流箱要采集保護(hù)斷路器的觸點(diǎn)信號(hào),了解該斷路器的位置,在發(fā)生跳閘后需要及時(shí)送出信號(hào)。因此,直流匯流箱選用常熟開關(guān)制造有限公司生產(chǎn)的CXPV-16/Z光伏直流匯流箱。

    3.2逆變器

       根據(jù)設(shè)計(jì)要求,逆變器需提供遠(yuǎn)程控制功能,并且發(fā)生故障時(shí),能夠及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。因此選用兩種型號(hào)的逆變器,一種為CS1并網(wǎng)型光伏逆變器。該型號(hào)逆變器具有較多的通信接口和遠(yuǎn)程控制功能,且輸入電壓范圍寬,使其適用于小型組串低壓設(shè)備。另一種選用SUN2000-60KTL-M0組串式逆變器。這種型號(hào)的組串式逆變器基于模塊化的設(shè)計(jì),能夠減少電池組件較佳工作點(diǎn)不匹配逆變器的情況,大幅增加發(fā)電量。



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