本章節(jié)主要介紹光伏電站中我們能看見的“監(jiān)控系統(tǒng)”，和不讓我們看的“監(jiān)控系統(tǒng)”。

1 我們能看見的監(jiān)控系統(tǒng)

1．1 功能介紹

在光伏圈里，上海淘科是最早做監(jiān)控系統(tǒng)的公司之一。旗下的綠色電力網(wǎng)就是一個典型的綜合管理平臺。（如圖1、圖2）

這種管理平臺非常便于電站的管理，監(jiān)控系統(tǒng)提供功能選擇畫面，并對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進行實時監(jiān)控與顯示，如室外溫度值、濕度百分比、光照度及陣列表面溫度值等。

監(jiān)控系統(tǒng)可分區(qū)域?qū)崟r監(jiān)控各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息，并對故障點進行異常顯示與報警提示。

監(jiān)控系統(tǒng)可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等，直流側(cè)輸入電流實時曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線，并采集與顯示日發(fā)電量等電參量。（圖2）

監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)場的各種事件進行記錄，如：通訊采集異常、開關(guān)變位、操作記錄等，時間記錄支持按類型查詢，并可對越限報警進行更改設(shè)置。

監(jiān)控系統(tǒng)對光伏發(fā)電的發(fā)電量可形成月棒圖及年度棒圖顯示，并折算成二氧化碳、二氧化硫減排量值；并可查看太陽輻射強度趨勢曲線、風速變化趨勢曲線顯示。

1．2 監(jiān)控結(jié)構(gòu)拓撲

1．2．1大型地面電站

目前大型地面電站的監(jiān)控是從智能光伏匯流箱開始的。匯流箱里集成了一個檢測模塊，這種模塊可以檢測每一個組串的電壓和電流信息。通過RS485通訊模塊輸入到最近的數(shù)據(jù)采集器中。

500KW的直流配電柜里一般匯聚了6－7路直流匯流箱，同時也配備了電壓電流測量設(shè)備。也通過RS485通訊模塊輸入到最近的數(shù)據(jù)采集器中。

500KW逆變器中集中了交、直流電流電壓傳感器。可以直接跟數(shù)據(jù)采集器直接通訊。
1．2．2分布式電站（組串逆變器）

若干臺逆變器通過幾路RS485接入到數(shù)據(jù)采集器中，通訊協(xié)議為Modbus－RTU。數(shù)據(jù)采集器與后臺監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊，通訊協(xié)議Modbus＿TCP。電表的通訊方式為RS485，符合Modbus－RTU協(xié)議條件下可以直接接入數(shù)采，數(shù)采會自動將ModbusRTU協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus－TCP協(xié)議通過以太網(wǎng)與后臺通訊。


1．2．3 現(xiàn)場監(jiān)控

現(xiàn)場監(jiān)控主要有兩部分功能：一部分是對現(xiàn)場故障采取應急啟停控制；另一部分是通過現(xiàn)場設(shè)備上所安裝的人性化LCD顯示屏（中英文菜單）實時顯示各項運行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、一定時間內(nèi)的歷史故障數(shù)據(jù)、總發(fā)電量數(shù)據(jù)和一定時間內(nèi)的歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)等，使現(xiàn)場巡查人員能夠方便、及時地掌握該設(shè)備的整體信息。LCD人機界面選擇液晶顯示器，選擇單片機進行控制，通過Modbus協(xié)議與DSP控制板進行通信。為了更清楚地了解當前設(shè)備的各種信息并發(fā)送控制，液晶顯示屏的功能設(shè)計非常重要。LCD顯示屏上顯示運行信息、故障記錄、啟停控制和參量設(shè)置。運行信息中顯示電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流、輸出功率、電網(wǎng)頻率、機內(nèi)溫度、當天發(fā)電量、月發(fā)電量、年發(fā)電量、總發(fā)電量、運行時間等信息。參量設(shè)置界面可以實現(xiàn)時鐘調(diào)整、電流給定、電壓給定、電量補償?shù)裙δ堋?br />
1．2．4 上位機監(jiān)控

現(xiàn)場設(shè)備上裝有RS485通訊接口，采用Modbus通汛協(xié)議，采集的數(shù)據(jù)通過Rs485總線傳輸?shù)缴衔粰C監(jiān)控室中實現(xiàn)遙測、遙信。上位機監(jiān)控功能是由本地監(jiān)控計算機完成的。監(jiān)控計算機上安裝有專門的監(jiān)控軟件，將采集的數(shù)據(jù)進行存儲、分析，通過各種樣式的圖形圖表快速反映現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，將需要的數(shù)據(jù)生成報表并打印導出，進行更為專業(yè)的計算分析。操作人員通過該軟件輸入相應的控帶0信息，改變設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)遙控．本地監(jiān)控室中還有專門的計算機作為系統(tǒng)的Web服務(wù)器，將現(xiàn)場設(shè)備的運行情況發(fā)布到網(wǎng)上，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在本地監(jiān)控計算機上采用C／S模式，實現(xiàn)對各個設(shè)備的監(jiān)控。

1．2．5 實際案例

某新能源有限公司20MW光伏發(fā)電集中成片示范項目按照數(shù)字化光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)硬件單元來配置硬件產(chǎn)品， 分為環(huán)境氣象站、數(shù)據(jù)存儲顯示及上傳系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)、軟件管理系統(tǒng)四個部分。可以實現(xiàn)：光伏電站的數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)上傳等功能。

（1） 氣象站

硬件設(shè)備由輻照儀、風速儀、風向儀、電池板溫度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、監(jiān)測控制盒、三角支架組成。環(huán)境設(shè)備固定安裝在德容子電站樓頂上，通過RS485屏蔽雙絞線接入到逆變器房，通過WL無線采集器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偛可衔粰C進行數(shù)據(jù)通訊，同時系統(tǒng)采集環(huán)境監(jiān)測站的太陽輻照度、環(huán)境溫濕度、電池板溫度、風速、風向環(huán)境實時數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)存儲顯示及上傳系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)處理及存儲系統(tǒng)中，以工控機為核心，旨在為電站項目構(gòu)建電站本地／遠程數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電站數(shù)據(jù)本地的存儲和處理以及滿足鑒衡數(shù)據(jù)驗收要求。數(shù)據(jù)存儲及顯示系統(tǒng)可上傳逆變器設(shè)備運行數(shù)據(jù)和包括輻照度、日發(fā)電量、總發(fā)電量、CO2減排量，組件溫濕度，環(huán)境溫濕度在內(nèi)的實時信息。 為保證整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，在主站數(shù)據(jù)處理及存儲系統(tǒng)中，主要設(shè)備包括：

1．工控機及顯示器1套：用于值班人對監(jiān)控裝置的動態(tài)參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲，建立設(shè)備狀態(tài)綜合數(shù)庫，并預留擴展空間。配備19寸顯示器及鍵鼠，用于整個監(jiān)控系統(tǒng)的維護、管理，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報表的制作、修改，以及網(wǎng)絡(luò)維護、系統(tǒng)診斷；

2．網(wǎng)絡(luò)交換機1臺：24口機架式網(wǎng)絡(luò)交換機傳輸速率100Mbps，與服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換；

3．智能通訊前端服務(wù)器1臺：光伏電站所有數(shù)據(jù)通過智能通訊前端服務(wù)器SmartLogg300將數(shù)據(jù)從本地上傳至鑒衡數(shù)據(jù)中心；

4．UPS不間斷電源：保護系統(tǒng)在突然斷電而影響正常工作，導致設(shè)備造成損害；

5．PC機操作站：用于整個監(jiān)控系統(tǒng)的維護、管理，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報表的制作定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報表的制作、修改，以及網(wǎng)絡(luò)維護、系統(tǒng)診斷等工作； 以上設(shè)備集成在1臺標準42U通訊柜中，機柜內(nèi)配置必要的數(shù)據(jù)通訊模塊，電源模塊，防雷保護模塊、斷路保護模塊等。

（3）數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)

電站現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測點分散廣、距離遠的特點，數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)主要以WLAN為通訊傳輸方式。通過與業(yè)主溝通，數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)擬采用有線＋無線結(jié)合的方式通訊
2．光伏功率預測系統(tǒng)

2．1 什么是光伏功率預測

太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電具有間歇性強、突變性大、可調(diào)度性弱等特點，大規(guī)模接入后對電網(wǎng)運行會產(chǎn)生較為明顯的影響。該項技術(shù)是提高電網(wǎng)調(diào)峰能力、增強電網(wǎng)接納光電的能力、改善電力系統(tǒng)運行安全性與經(jīng)濟性的最為有效、經(jīng)濟的手段之一。從發(fā)電企業(yè)角度考慮，精準的光伏功率預測將使得光電可以積極地參與市場競爭，規(guī)避由供電的不可靠性而受到的經(jīng)濟懲罰。

打個比方，一個有1000人的小區(qū)樓下有一個儲蓄所。這個儲蓄所日常有50萬的現(xiàn)金就可以應對1000人存取款。幾年后這個地方又蓋了好幾個小區(qū)。這時候50萬的現(xiàn)金儲備就肯定不夠用了。這時候就要對日常的存取款量進行分析，上級銀行會根據(jù)數(shù)據(jù)分析是增加現(xiàn)金儲備，還是新增營業(yè)網(wǎng)點。

2．2 光伏功率的重要作用

光伏發(fā)電具有間歇性、隨機性和波動性，由此給電網(wǎng)的安全運行帶來了一系列問題，電網(wǎng)調(diào)度部門傳統(tǒng)的做法只能采取拉閘限電這樣的辦法。隨著光伏發(fā)電站電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)比重的增加，光伏功率預測系統(tǒng)變得尤為重要，光伏功率預測越準，光伏并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全運行帶來的影響就越小，就能夠有效的幫助電網(wǎng)調(diào)度部門做好各類電源的調(diào)度計劃。光伏功率預測越準，電網(wǎng)就會減少光伏限電，由此大大提高了電網(wǎng)消納陽光的能力，進而減少了由于限電給光伏業(yè)主帶來的經(jīng)濟損失，增加了光伏電站投資回報率。

國際上最早進行光伏預測研究的是美國科學家Jensenius，他在1981年提出了利用模式輸出統(tǒng)計系統(tǒng)進行光伏預測的方法。

1．短期預測電站次日0時至未來72小時的功率預測，時間分辨率為15分鐘一個點，按調(diào)度要求進行自動上傳。

2．超短期預測電站未來15分鐘至4小時的功率預測，時間分辨率為15分鐘一個點，每15分鐘滾動上傳至調(diào)度。

光功率預測是監(jiān)控的一種，由于專業(yè)性極強，且只針對電網(wǎng)。除了技術(shù)人員很少了解這種設(shè)備的存在。我們可以認為這種系統(tǒng)是不友好的。其實光伏系統(tǒng)里還有很多“不友好的系統(tǒng)”。

3 “不讓我們看的”監(jiān)控系統(tǒng)

3．1 電力系統(tǒng)安全性的重要

現(xiàn)在電力安全已經(jīng)成為一個世界性問題，經(jīng)濟越發(fā)展，由電力系統(tǒng)造成的影響就越大，由電網(wǎng)造成的經(jīng)濟及政治的事件在國內(nèi)外也屢見不鮮。說到電力安全生產(chǎn)，人們往往想到的是不發(fā)生人身傷亡事故，不發(fā)生主要設(shè)備損壞事故，不發(fā)生火災，不發(fā)生系統(tǒng)大面積停電事故。大電力系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性，可以合理開發(fā)與利用能源，節(jié)省投資與運行費用，增加對用戶的供電安全性等。各個地區(qū)可以互相交換電力，如我國從華中電網(wǎng)向華東上海和廣東供電． 但是大電網(wǎng)也帶來潛在威脅如局部電網(wǎng)某些個別問題，特別是個別地區(qū)，設(shè)備發(fā)生事故，影響將波及鄰近的廣大地區(qū)，引起連鎖反應，發(fā)生大面積停電事故。僅2003 年，美國、加拿大、英國等國相繼出現(xiàn)大面積停電事故，其中8月14日美國及加拿大出現(xiàn)的大面積停電事故波及24000多平方公里、受影響的人達500 萬，僅美國紐約地區(qū)就停電29小時，經(jīng)濟損失達120美元。

光伏發(fā)電要并入國家電網(wǎng)，就必須受到國家電網(wǎng)的控制和調(diào)度。一個光伏發(fā)電系統(tǒng)，從變壓器開始到并網(wǎng)點之間的所有設(shè)備，斷路器、負荷開關(guān)、測量設(shè)備都需要被電網(wǎng)監(jiān)控，而且是電網(wǎng)的專網(wǎng)監(jiān)控。設(shè)備被監(jiān)控是因為，是因為要調(diào)度。電網(wǎng)專網(wǎng)監(jiān)控，是為了電網(wǎng)安全。

3．2電力系統(tǒng)“遠動”和“四遙”

由于電能生產(chǎn)的特點，能源中心和負荷中心一般相距甚遠，電力系統(tǒng)分布在很廣的地域，其中發(fā)電廠、變電所、電力調(diào)度中心和用戶之間的距離近則幾十公里，遠則幾百公里甚至數(shù)千公里。要管理和監(jiān)控分布甚廣的眾多廠、所、站和設(shè)備、元器件的運行工況，已不能用通常的機械聯(lián)系或電聯(lián)系來傳遞控制信息或反饋的數(shù)據(jù)，必須借助于一種技術(shù)手段，這就是遠動技術(shù)。

它將各個廠、所、站的運行工況（包括開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備的運行參數(shù)等）轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘栃问剑由媳Ｗo措施以防止傳輸過程中的外界干擾，經(jīng)過調(diào)制后，由專門的信息通道傳送到調(diào)度所。在調(diào)度所的中心站經(jīng)過反調(diào)制，還原為原來對應于廠、所、站工況的一些信號再顯示出來，供給調(diào)度人員監(jiān)控之用。調(diào)度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠方廠、所、站，驅(qū)動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、遙信、遙調(diào)、遙控，所以，遠動技術(shù)是四遙的結(jié)合。

3．2．1 遙測

遙測信息是RTU采集到的電力系統(tǒng)運行的實時參數(shù)，如發(fā)電機出力，母線電壓，系統(tǒng)中的潮流，有功負荷和無功負荷，線路電流，電度量等測量信息。

目前我們能見到監(jiān)控系統(tǒng)，用于電站運維的監(jiān)控系統(tǒng)。都屬于“遙測”這個范疇。主要的功能就是“能看見”看見電流、電壓的數(shù)據(jù)。如果用高靈敏度的測量儀器，就能做到“看的清”。但是我們在“遙測”這次個層面上只能做到“看”，而不能“動”。

3．2．2 遙信

遙信功能通常用于測量下列信號，開關(guān)的位置信號、變壓器內(nèi)部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設(shè)備運行狀況信號、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號。

說的簡單些，匯流箱里面有16個熔絲、一個斷路器、一個防雷器。

如果這18個設(shè)備都正常，在計算機系統(tǒng)里就顯示18個“0”如果有幾個不工作了，就顯示相應的幾個“1”。

不過，目前從成本和必要性來說。匯流箱、直流柜、逆變器都不會被“遙信”。

3．2．3遙控

遠程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘，對遠程的一些開關(guān)控制設(shè)備進行遠程控制。

調(diào)度中心對遠端的光伏電站并網(wǎng)點進行分合閘的操作，這個操作是電力系統(tǒng)做的，業(yè)主做不了，也不能讓業(yè)主操作。

3．2．4 遙調(diào)

接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，對遠程的控制量設(shè)備進行遠程調(diào)試，如調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率。光伏電站沒有機械部件，能夠被遙調(diào)的設(shè)備不多。但是在電力系統(tǒng)中的作用非常重要。