江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

目前，分布式光伏發電系統變得越來越復雜，傳統的智能監控系統已難以對其進行全面有效的管理。這些監控系統在準確性和效率方面普遍較低，因此開發一款高效、精準的分布式光伏電站智能監控系統顯得至關重要。本次研發的系統采用了先進的技術，包括感應模塊、監控模塊以及計算機集群等。其中，監控模塊是整個系統的核心，主要負責數據的采集與傳輸。這些數據涵蓋了電源流量、電路狀況、元件工作時間等多個方面，同時還具備安全隱患處理功能。感應模塊則包括溫度和光學兩個子模塊。溫度感應模塊主要用于監測電路元件的溫度，確保系統在安全范圍內運行；光學感應模塊則實時監測當前的太陽能強度，為管理人員提供準確的數據參考。此外，軟件部分還提供了基于計算機集群處理的遠程監控流程圖，以及基于CISC單片機傳輸載波的算法設計。大量實驗結果顯示，該系統在效率和準確性方面均達到了預期要求，為分布式光伏電站的管理提供了有力支持。綜上所述，本次設計的智能監控系統在多個方面均表現出色，不僅提高了管理效率，還保證了數據的準確性，為分布式光伏電站的穩定運行奠定了堅實基礎。

1、分布式光伏電站遠程智能監控系統設計

1.1 總體設計分析

本次研發的智能監控系統，其核心構成包括監控、感應和計算機集群這幾個模塊。監控模塊在光伏電站中起到了至關重要的作用，它能夠實時傳輸各種數據，包括元件的工作時間以及電路的運行狀況等，為管理人員提供詳盡的電站運行信息。此外，該模塊還具備隱患報警和處理功能，確保電站的安全穩定運行。感應模塊則是系統的另一大亮點，它能夠實時獲取電站一線數據，使應用人員對光伏電站的運行情況有更加直觀的了解。這些數據通過計算機集群進行處理和顯示，實現了對不同電力模塊的分布式管理和集群化控制。通過這種方式，整個智能監控系統得以高效構建，為光伏電站的穩定運行提供了有力保障。綜上所述，本次開發的智能監控系統在數據傳輸、實時監控、隱患處理等方面表現出色，為光伏電站的管理和運行提供了全面的技術支持。

1.2 監控模塊設計

監控模塊作為本次智能監控系統的核心部分，采用了高效的CISC單片機作為核心元件。這種單片機以其zhuo越的靈敏度和豐富的指令集在工業領域得到廣泛應用。在本次開發的監控系統中，CISC單片機發揮著至關重要的作用，它使系統實現了智能化運轉，大大提高了工作效率，同時顯著減少了人力資源的需求。該監控模塊包含三個主電路和五個支路電路。主電路主要包括數據傳輸、流量和計時電路，而支路電路則涵蓋了計算機接口、中斷、顯示、通信和存儲裝置。這些電路都受到CISC單片機的統一控制和調度，確保數據準確無誤地傳輸至計算機進行集中處理。通過CISC單片機的精密控制，監控模塊能夠實時監測光伏電站的各種參數，為管理人員提供全面的運行數據。這種模塊化的設計不僅提高了系統的穩定性和可靠性，還為后續的維護和升級提供了便利。

1.3感應模塊設計

感應模塊在本次智能監控系統中占據著舉足輕重的地位，它涵蓋了溫度和光學兩個關鍵部分。溫度感應部分主要用于監測電路中各元件的溫度，確保其在正常范圍內運行。一旦發現某個元件溫度異常，系統將立即啟動報警機制或進行調節，以防止設備受損或發生故障。光學傳感裝置則專注于監測電站中的太陽能強度，并將相關數據實時傳遞給操作人員。這些數據對于全面了解電站運行狀況至關重要，同時也有助于預測未來的經濟效益。太陽能強度是決定光伏電站選址的關鍵因素，因此，該傳感器在智能監控系統中發揮著重要的作用。光學傳感裝置的工作原理是：當它感應到太陽光時，會將光強轉換成電信號，然后將其輸入短路電路中。通過觀測電流值，可以將電信號傳遞至計算機進行處理。通過這種方式，可以精確計算出該電站所能接收到的太陽能強度，為電站的運行和管理提供有力支持。

2、遠程智能監控系統軟件設計

計算機群組在本次智能監控系統中扮演著核心角色，支持數據收發、電路修正等多種功能。通過系統軟件，可以實現對光伏電站的遠程監控。其具體流程如下：首先，對系統硬件進行初始化設置，確保各部分正常工作。接著，對由CISC單片機產生的載波進行觀測。這個載波是系統正常運行的關鍵標志，通過檢測載波的存在與否，可以判斷當前系統的運行狀態。如果未能檢測到載波，系統將自動重新初始化硬件部分。如果連續五次未能檢測到載波，系統將生成錯誤日志并發出警報信息，提醒相關人員進行處理。一旦檢測到載波，系統將繼續進行后續工作，直至監控體系順利構建完成。此時，可以啟動遠程數據收發功能，并結合系統的處理能力，對光伏電站中存在的隱患進行修復和改善。通過計算機群組的強大功能，本次設計的智能監控系統實現了對光伏電站的全面、高效的遠程監控，確保電站的安全穩定運行。

3、分布式太陽能光伏電站監控系統實驗驗證

為了驗證本次開發的遠程監控系統在準確性和效率性能上是否滿足需求，我們將其與傳統監控系統進行了對比分析。實驗對象選擇了某市的分布式光伏電站。實驗結果顯示，傳統的基于SCAD分布式智能監控系統的泰勒逼近誤差曲線波動較大，而本次開發的系統在誤差表現上更為穩定，僅為0.21350。此外，電壓誤差均值僅為0.14560，顯著低于國際標準，說明本次開發的系統在準確性方面具有較高水平。從數據傳輸效率角度來看，本次開發的系統的計算機接口數據傳輸效率值為84.750%，遠高于傳統SCADA遠程智能監控系統的傳輸效率。這進一步證明了本次開發的系統在速度方面具有顯著優勢。從功能角度來看，監控模塊能夠全面監管分布式光伏電站的傳輸信息、電路以及相關部件的運行時間等關鍵數據。感應模塊則通過溫度和光學傳感裝置，既可分析光伏電站中各元件的健康狀況，又能實時監測太陽能強度，為管理人員提供有力支持，從而實現對光伏電站的更高效管控。綜上所述，本次開發的遠程監控系統在準確性和效率性能方面均表現出色，明顯優于傳統監控系統，為分布式光伏電站的管理和運行提供了有力保障。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監測，逆變器監測，發電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發電效率和發電收益。

4.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。

4.3系統結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4系統功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息）。

4.4.1光伏發電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。

●累計日、月、年發電量及發電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發電量

4.4.1.2電站狀態

●電站狀態展示當前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

●攝像頭實時監測現場環境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發電量及發電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

4.4.1.4電站發電統計

●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

4.4.1.5逆變器發電統計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發生時間以及確認狀態。

4.4.3運行環境

●視頻監控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統硬件配置

4.5.1交流220V并網

交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并網

根據國家電網發布的Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，8kW至400kW的分布式光伏電站可選擇以380V電壓并網。對于超出400kW的光伏電站，其并網方式應根據實際情況進行多點380V并網，具體操作需遵循當地電力部門的審批意見。這類分布式光伏電站主要位于工商業企業的屋頂，采用自發自用的模式，余電則上網銷售。在接入配電網之前，必須明確計量點的位置。除了考慮產權分界點外，還需特別關注分布式電源出口與用戶自用電線路的交匯點。每個選定的計量點均需配備雙向電能計量裝置，設備的技術要求和配置需遵循DL/T448的相關規定以及相關標準、規程。電能表應采用智能型，其技術性能需滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，需安裝相應的采集設備，并接入用電信息采集系統，實現遠程自動采集用電信息的功能。綜上，為確保分布式光伏電站的順利并網和高效運行，必須嚴格遵循國家電網的相關規定和技術要求。

光伏陣列通過組串式光伏逆變器或經由匯流箱接入企業380V電網。這種并網方式實現了自發自用、余電上網的模式。在380V并網點前，需要安裝計量電表來精確計量光伏發電量。同時，在企業電網與公共電網的連接處，也應安裝雙向計量電表，用于準確統計企業上網電量。這些數據應自動上傳至供電部門的用電信息采集系統，以便進行光伏發電補貼和上網電量的結算。

對于部分并網點的電能質量，需要進行嚴密監測。這包括電源頻率、電壓大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD以及閃變等情況。為確保電能質量，需在并網點安裝專門的電能質量監測裝置。

另外，對于采用自發自用、余電不上網模式的光伏電站，為防止電能逆流至電網，需安裝防逆流保護裝置。這種裝置能有效避免不必要的電能損失，確保光伏電站的安全與穩定運行。

這種并網模式單體光伏電站規模適中，可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》（國發新能〔2019〕49號），新建工商業分布式光伏發電項目若需享受國家補貼，必須滿足特定條件：單點并網裝機容量不得超過6兆瓦，且該項目的非戶用性質。在確保電網運行安全的前提下，項目可采用多點接入配電系統的方式。

此類分布式光伏發電項目的裝機容量通常較大，因此需要使用升壓變壓器將其升壓后接入電網。由于規模較大，其對公共電網的干擾可能較為顯著，因此供電部門對于此類分布式光伏電站的穩控系統、電能質量以及與調度系統的通信穩定性要求較高。

為確保并網點運行的穩定性和可靠性，光伏電站需對電能質量進行嚴密監測，包括電源頻率、電壓大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD以及閃變等關鍵指標。為此，需配備專門的電能質量監測裝置，以確保并網點的高效、安全運行。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：