浅谈智能化分布式光伏运维监控系统的设计与实现

时间：2023-04-23

杨翠

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：为解决光伏电站监控系统光伏阵列监测不足、故障不易定位等问题，笔者设计了集数据采集和处理的智能化光伏电站监控系统。根据企业光伏电站布局，提出了光伏电站智能监控系统方案，完成了该监控系统的硬件选型和软件开发。结果表明：该监控系统具备光伏电站运行参数分析、光伏设备实时在线监控、报警功能，**了光伏电站的可靠运行和集中管理。

关键词：光伏电站；智能监控系统；分布式光伏运维；实时在线

0、引言

随着世界能源产业结构的调整和人类对环境问题的重视，太阳能凭借资源丰富、布局灵活的优势，成为当今新能源发展的主流，当前越来越多的光伏电站投入运营。光伏电站的可靠运行，需要汇流箱、逆变器等设备在无故障状态下运行，对光伏设备的状态监测十分重要。目前，光伏电站主要采用人工定期检查、网络化监控的方式对设备进行监测。由于人力资源有限及传统光伏监测系统智能化不足，这两种方式都存在光伏阵列监测不足、遇到故障时无法快速定位的问题。

在此背景下，本文对某企业屋顶光伏电站的监测系统进行了智能化设计。该监控系统为光伏电站汇流箱、逆变器等设备配备通信模块，利用RS485总线与各通信模块相连，将运行至上位机，并利用组态软件在上位机建立监控界面，对运行数据进行分析，实现光伏电站运行状态实时动态监测，设备故障时上位机通过监控界面发出报警信号，提高了光伏电站的安全性。

1、光伏电站布局

企业厂区4个屋顶被分成A、B、C、D四个光伏发电区域，采用集中式和分布式相结合的方式发电。C区厂房面积较大且自用电较少，故对C区厂房采用集中式结构，根据工厂屋顶面积配置与之相对应的光伏面板，并以20路为一组接入直流汇流箱，汇流箱的电流输入到集中式逆变器。A、B、D区采用分布式结构，使用组串式逆变器将直流转换为交流后直接并入电网，最后再将四个区域通过交流电缆将电流输送至并网柜。

2、智能监控系统设计方案

为了能够在光伏设备发生故障时快速定位故障点，在硬件上选用智能型的汇流箱、逆变器；使用组态软件构建一个界面，将每个智能元器件在界面上显示出来，通过RS485总线将数据汇总到机柜串口后，通过光纤与上位机进行连接从而实现监视功能。该系统实现数据采集和状态监控的同时，可进行简单、直观的人机交互。其中，数据采集、状态监控和简单的数据分析由各种智能元器件来实现，人机交互通过组态软件实现；在组态软件中建立监控界面，将实时数据导入其中进行分析处理，两者之间的连接通过建立在C区的串口机柜实现，示意图如图1所示。

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设备故障时报警设计方案如下：在监测系统中设有报置，当光伏面板发电量低于正常值便会发出报警信号。晴天时，软件系统及时响应所有的故障告警信号；阴雨天，软件屏蔽逆变器孤岛保护及回流量0A电流输入的告警，但是响应其他的告警；晚上不响应任何故障告警。

根据上述设定，采用一台通过GPS校时的上位机电脑，查询当地历史平均每个月或者每10天，日出、日落的时间。**出日出、日落范围的时间认为是晚上，不响应故障告警；在该范围内的时间认为是晴天，响应所有故障告警。此外，由于软件算法很难计算阴雨、多云、低光照强度的天气，因此，该工作由值班完成。软件提供功能开关，值班人员可以在阴雨天气，关闭孤岛保护和0A电流输入的告警。

3、硬件选型

3.1直流汇流箱

直流汇流箱需要监视各个光伏面板的输出电流，当任意一个回路发生电流故障，该模块提供报警信号。另外，汇流箱要采集保护断路器的触点信号，了解该断路器的位置，在发生跳闸后需要及时送出信号。因此，直流汇流箱选用常熟开关制造有限公司生产的CXPV-16/Z光伏直流汇流箱。

3.2逆变器

根据设计要求，逆变器需提供远程控制功能，并且发生故障时，能够及时输出报警信号。因此选用两种型号的逆变器，一种为CS1并网型光伏逆变器。该型号逆变器具有较多的通信接口和远程控制功能，且输入电压范围宽，使其适用于小型组串低压设备。另一种选用SUN2000-60KTL-M0组串式逆变器。这种型号的组串式逆变器基于模块化的设计，能够减少电池组件较佳工作点不匹配逆变器的情况，大幅增加发电量。

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