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摘要:随着越来越多的光伏发电站连接到网格一个接一个,有许多问题需要解决在电网调度,如监控什么信息,如何实现信息收集的太阳能光伏发电、如何实现有源和无功功率控制,以及如何规范和位置太阳能调度技术支持系统。
关键词：光伏电站；数据采集；远程监控；
随着光伏发电技术的发展，光伏装机容量在电网中占的比例不断增加，越来越多的独立和并网光伏电站即将或已经投入运行使用。这些光伏电站大多建设在交通闭塞的边远地区，工作人员无法守在电站现场，通常只能工作在无人值守的条件下。因此实时地采集光伏电站运行参数，监控光伏电站运行状态，评估电站的运行效益对保证电站安全、稳定地运行具有十分重要的意义。
一、光伏发电系统概述
随着光伏技术的不断发展、光伏组件成本的不断降低，光伏发电显现出了越来越显著的经济效益和社会效益，得到了越来越广泛的应用。常见的光伏发电系统有：独立发电系统、并网发电系统和混合光伏系统。独立发电系统指的是完全依靠光伏电池板转换的电能供电系统，根据是否带有储能设备分为两种形式：(1)中间不带储能设备的直联系统，光伏电池板发出来的电全部提供给负载使用，典型应用如太阳能水泵系统。该系统自动日出而做、日落而息，越干旱，光照越强，抽水越多；(2)带储能设备的系统，光伏电池板发出的电能除了供给负载使用外，剩余的能量通过储能设备储存起来，以供需要的时候使用。若带的是直流负载，则系统由光伏电池板、防反二极管、蓄电池及控制器等组成，典型的应用如太阳能路灯等。若带的是交流负载，则系统除直流负载系统的组件外，还需要配备将直流电能转换为交流电能的离网逆变器。该系统主要应用于远离电网的偏远山村、孤岛等地方的供电。白天系统向负载及蓄电池供电，夜晚蓄电池将电能输出，供负载使用。并网发电系统是当今光伏发电系统的主要形式，它将太阳能电池板转换过来的直流电逆变成同当地电网电压同频、同相的交流电后馈送到电网中，以供周围电网中的负载使用。其主要组成部分有：太阳能电池板、汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、升压变压器等。并网光伏系统可分为大规模光伏电站、户用并网光伏系统和光伏建筑一体化系统。在光照丰富地区，可建造大型光伏电站，将电站发出的电力全部输送给电网，逐步发展太阳能成为最重要的电力能源，以解决化石能源逐步消耗殆尽、环境污染日益严重等问题；户用并网光伏系统是专门供给家庭用电需要的系统，家庭负载既可从光伏发电系统中取电，又可从电网中取电，从而不会出现无电可用的停电状况。
二、光伏电站远程监控系统基本需求分析
光伏电站远程监控系统，要充分利用网络终端、信息控制技术及现代化通讯手段。有针对性地解决光伏电站日常运行维护工作中出现的问题，尤其针对电站远程监控，需要作为系统的重点。为此，一定要保证釆集到实时运行数据的准确性和及时性，为电站运维人员提供可靠的决策支持，从而进一步提高光伏电站日常运维信息化、自动化、互动化水平，全面提升电站发电效率，保障其安全、高效、稳定地运行。逆变器生产商直接提供仅仅局限于适合该种类型的远程监控系统，对电站运行的一些参数进行监测，这样导致监测参数类型单一，不具有代表性，而且不能直接对其他厂家生产的逆变器进行监控，所以，要想得到其他设备的运行情况更是难上加难。结合以上的分析，单一逆变器生产商是无法满足光伏电站的要求。光伏电站远程监控系统核心组成部分是本地远程监控和中央远程监控力。远程监控系统主要监控对象包括：逆变器，汇流箱，直流交流配电柜，变压器和其他设备，环境监测，数据釆集，数据计算，数据上传、数据预处理功能。远程监控系统主要功能包括运行数据查询、数据统计和数据分析等功能，支持浏览器形式进行展示，通过不同窗体可以全方位显示出光伏电站实时运行状态。
三、光伏电站结构及数据采集
1.并网结构。
某电网的光伏发电工程都是以35kV电压等级接入系统，光伏电站采用固定式太阳能电池方阵（方阵倾角45°）采集日光。每个电池组件采用串并联方式组成多个电池阵列，分别接入若干台智能汇流箱，每组汇流箱经1台直流配电柜与1台逆变器连接，将直流转换为0.4kV交流，再经箱式变压器升压后接至35kV配电柜，通过输电线路将电力输送到变电站。
2.站内数据采集。某电网内光伏电站的本地监控范围包括环境参数、汇流箱、并网逆变器等。主要监控数据包括光伏发电单元的直流输出电压、电流和功率，光伏并网逆变器进出侧电压、电流、功率、并网频率和内部参数，此外还有环境温度、辐照度等。环境参数主要是利用各类传感器进行数据采集，太阳能电池板等信息由逆变器的智能采集装置采集，这些信号统一接入站内的数据采集装置，再利用MODBUS协议，将采集到的数据送至站内监控计算机。
四、光伏电站远程监控系统结构设计
在光伏电站远程监控系统中，所要监控的对象和设备相对而言是分散的，为了能够解决这一问题，釆用集中式远程监控的设计思想，此监控方式能够在线访问并且监测系统中的全部设备，对设备的监控情况做出细致全面的分析和控制，及时记录电站中逆变器的故障信息，可以查询历史运行数据信息，这样能够实现光伏电站实时运行数据一体化管理的要求。除此之外，以光伏电站运行参数的特性为依据，对这些数据进行分类整理归纳，各层级之间的数据流向是可以从上而下的追踪溯源，从而达到数据信息透明传输的目的。系统总体架构分为四个结构层次。
1.光伏电站现场设备层。光伏电站现场设备层是光伏电站最基本的设备层次，即该层次的设备是光伏电站的主要发电设备及其监控采集设备所在区域。其中主要设备有光伏阵列、逆变器、变压器、汇流箱、各种设备传感器和柜体等组成。
2.数据采集及数据传输层。数据采集和数据传输层是本地远程监控层和现场设备层的衔接过渡部分，起到联系两者的纽带作用。该层次的核心处理器是 TMS320 系列单片机，它将最底层接口设备所采集光伏电站运行数，经过介质传输，上传到数据处理层，数据采集及数据传输层主要是由采集网关、数据传输接口和数据传输网络构成。在本层次当中的底层设备有数据采样集中器和 MODBUS 标准协议网关，二者可以实现不同版本协议之间的转换。
3.本地远程监控层。本地远程监控中心层可以称为电站监测的中心环节。根据前面两个层次的描述，可以得出，本地监控中心是监控系统下位机的核心部分。其功能为显示光伏电站实时运行状态和关键设备参数，还需要将这些数据友好地进行人机互动展示，最为重要的是要给光伏电站现场运维人员提供可操作性的控制界面，对光伏电站若干台逆变器机柜设备进行在线实时监控，这样光伏电站运维人员可以根据电站运行情况动态地调整运行参数，更好地进行现场维护。与此同时，本地远程监控层还可以详细地记录光伏电站历史运行状况数据，可以选择运行参数时间图，为后期电站的运行维护提供一定的依据。
4.中央远程监控层。中央远程监控层是最高级别的应用层次。这一层的主要功能是对各个现场监控层进行远程控制，从而实现真正意义上的光伏电站远程监控的功能需求。将分散的数据信息进行收集、归纳、分类、整理，然后利用数据库和数据结构等技术汇总集合到数据库当中，这样一来为数据分析人员和管理决策人员提供了更加合理的分析、统计依据。因此，对于信息管理系统的开发人员提出了更高的要求，使得系统的功能更加强大，更好地满足用户的需求。
总之，光伏电站数据采集及远程监控在电力系统还处于一个发展阶段，该技术的研究将对构建一个安全的、智能化的、绿色能源调度管理系统具有十分重要的意义。
参考文献：
［1］李慧敏.光伏电站智能监控系统设计.2018.
［2］吴翔.浅谈光伏电站数据采集与远程监控.2019.