基于互联网+分布式光伏运维平台的介绍及应用

安科瑞 华楠

摘要：文章结合“互联网＋光伏电站”的思想，利用互联网技术，通过将光伏电站数字化，建立了本地智能运维管理系统和远程协同运维管理系统，将现场光伏电站中各类设备的数据实时传输到集团数据中心并存储，并对数据进行统计和分析，实现了以大屏的方式实时展示。

关键词：互联网技术；光伏监控平台；能源管理；分布式光伏

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研究背景

太阳能属于可再生能源的一种，具有储量大、可再生、就地可取等特点，因此成为目前人类所知可利用的较佳能源选择。随着全球可待续发展战略的实施，该技术得到了许多国家政府的大力支待，在全球范围内广泛使用。随着光伏发电行业逐步迈入了“平价上网”时代，未来我国的光伏行业具有巨大的发展空间，2019年我国光伏新增装机容量将达到43GW,累计装机容量达到216GW。

随着规模性的光伏电站的陆续建设和投入运行，光伏电站的建设质量问题、安全问题大量出现，设计缺陷、设备质盘缺陷施工不规范等问题都给光伏电站的质量和后期运维带来了严峻的挑战。这些问题单靠人力进行现场管理，不光是一种人力资源的浪费，而且无法及时发现和预防各种电站故障。为达到保证光伏发电系统质量、安全、经济运行的目的，建设一套集实时监控、集中管理、智能预警分析、灾害防范为一体的光伏电站智能化远程运营信息管理系统，来保证电站建立规范的管理机制，特别是保证电站质量管理和运维管理，显得尤为重要。

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现状及目的

目前，市场上相关的光伏监控类产品比较杂，但是基于“互联网＋＂的光伏大数据平台应用不多，整个行业方向尚处于探索阶段。业内比较有名的监控平台厂家主要是针对单个电站进行智能化管理，只是简单地运用了相关的信息技术，尚未将大数据技术融合到光伏系统中去。同时，这类企业在光伏行业的涉及面不广，在光伏的整个产业链方面具有一定的局限性。

智能光伏电站是全数字化电站，可实现”可信、可视、可管可控”。智能光伏电站采用创新组网方案，打破现有设计束缚，从简化建设、系统性能匹配、简化维护等角度重新对组件、线缆逆变器、升压变、监控与数据采集单元等系统部件进行组合优化。智能光伏电站具有主动电网自适应技术，利用智能逆变器的高速处理能力、高采样和控制频率、控制算法等优势主动适应电网的变化，实现更好的多机并联控制、更佳的并网谐波质量，更好地满足电网接入要求，提高在恶劣电网环境下的适应能力。建设光伏电站监控平台主要解决的问题及目的：

(1)提高对生产现场的实时监控能力。

(2)实现对光伏电站的质量监控。

(3)实现对发电生产的信息化、自动化管理。

(4)为提高管理与决策水平提供信息支撑。

(5)建设光伏电站监控设备的统一管理平台。

(6)整合各类监测数据，实现对不同人员的差异化服务。

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设计与实现

结合”互联网＋光伏电站”的思想，利用互联网技术，通过将光伏电站数字化、建立本地智能运维管理系统和远程协同运维管理系统，将现场光伏电站中各类设备的数据实时传输到集团数据中心并存储，然后对数据进行统计和分析，并大屏的方式实时展示，以充分满足用户对光伏电站的高发电量、低初始投资、低运维成本、高可靠性和安全性等需求为目的。在25年生命周期内，实现高收益、可运营、可管理、可演进。使管理人员快速、准确地了解光伏电站的发电效率和发电量，使运维人员对光伏电站中出现的设备故障做出及时的响应，对可能出现的质量问题做出预防，从而提高光伏电站的发电效率和运行质量。

监控平台整体布局

光伏监控平台采用纯浏览器和服务器(Browser/Server,B/S)结构的模式，以实现分布于不同地域的电站集中监控管理为目标而进行开发设计，为电站提供接入服务。平台系统主要由子站数据采集系统和远程监控中心两部分组成。实时采集各光伏电站运行参数数据，通过互联网远程传送到监控平台数据服务器内。监控中心服务器对每个电站数据进行汇总分析、管理和展示，实现区域内所有光伏电站的状态监控和运行指导。数据中心支持用户通过浏览器或智能手机终端远程登录查询。

监控中心提供强大的后台数据库服务器集群、数据磁盘阵列，以提供海量数据存储；完备的灾难恢复策略使用户的运行数据不丢失；数据检索、数据写入分离设计，提高数据库访问速度。监控数据服务中心的建设为实现光伏电站无人值守、投资安全、较优运行、较佳维护提供技术保障

系统架构设计

光伏监控平台从设备端、数据服务、应用服务3方面进行设计。设备端支持光伏电站中常用的设备如逆变器、汇流箱、环境监测仪、电表等，通过工业网关或通信管理机将不同厂家、不同型号及类型的设备进行统一数据管理，然后再通过不同的协议将数据上传到数据服务端。数据服务端通过数据接入模块、实时计算模块、规则映射模块将数据进行处理、统计、分析、分类存储。应用服务将数据实时展示给决策管理人员及电站运维人员。

系统技术实现

监控平台可运行在Windows或Linux系统中，Web及APP应用接口采用PHP技术进行开发，可运行在IIS,Apache,Ngix服务器上；数据库包含Redis,influxdb,MySQL数据库；数据接入、实时计算、规则映射模块采用C++开发。

系统展示

决策层、管理层及运维人员可以在不同地点用多种不同的方式通过监控平台实时了解、掌握各个电站运行的情况，可以快速响应电站出现的异常情况，减少电站的发电损失，提高运行效率。

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安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

 

系统功能
 

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

1）光伏发电

（1）综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

（2）电站状态
 

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

（3）逆变器状态
 

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

（4）电站发电统计
 

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

（5）逆变器发电统计
 

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

（6）配电图
 

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

（7）逆变器曲线分析
 

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

2）事件记录
 

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

3）运行环境
 

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

系统硬件配置
 

1）交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

 

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
 

2）交流380V并网
 

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。
 

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

 

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
 

3）10kV或35kV并网
 

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

 

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：
 

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结语

通过基于互联网技术，实现了光伏电站的智能监控，主要解决了以下问题：

(1)多类型电站及设备统一的接入标准化技术，简化电站数据接入复杂度；

(2)海量电站数据统计分析自动化技术，解决了常规统计分析从关系数据库查询速度慢的问题；

(3)改变光伏电站运维方式，实现无人值守远程运维；

(4)大数据分析技术，为电站投资决策、电站设计、设备选型提供依据。