安科瑞 孟強榮
摘要：全球化經濟社會的快速發展，加快了傳統能源的消耗，導緻能源日益短缺，與此同時還帶來了嚴重的環境污染。是以，利用沒有環境污染的太陽能進行光伏發電獲得了社會的普遍關注。本文根據傳統式光伏電站行業的發展背景及其監控系統的技術裝置，給出了現代化光伏電站資料監控系統的現場資料采集過程及相應的資料監控系統方案。
關鍵詞：光伏發電；資料采集；資料監控。
1引言
能源已經成為決定當今社會發展的關鍵因素。一個國家能否高效、合理的利用随處可見的新能源，直接決定着這個國家未來的發展方向。太陽能作為新能源中不可忽視的重要一員，逐漸走入大衆視野。其具有顯著特點主要包括清潔、無污染、易獲得。正是這些顯著的特點使得太陽能的使用逐漸流行，并發展成為新能源領域中的一種趨勢。應運而生的光伏發電站充分利用太陽能的優勢，針對光伏電站行業進行資料采集、資料可視化及資料分析，着力于為光伏裝置安裝商、營運商及民用商、光伏使用者提供線上工具支援；為光伏電站投資人提供資料參考，降低投資風險。同時光伏發電站的高度智能化也使得裝置的檢查變得簡單，由最開始的安排人員現場檢查逐漸變成自動化檢查，較大程度提高人力物力，提高檢查效率。
2光伏系統的資料操作
2.1光伏系統中資料采集子產品的實作
資料采集子產品的主要流程如圖1所示，本子產品主要由資料采集器、氣象傳感器、光伏陣列傳感器、通信終端裝置組成。光伏系統通過加入現代化的儀器，幫助使用者實時采集光伏電站發電和當地環境參數情況。在傳統光伏發電站的基礎上，改用更加先進的硬體通訊協定——RS485/422協定，該協定能夠更好在網絡中運輸采集的資料，這些資料主要包括逆變器資料和氣象站資料。資料采集子產品的功能實作主要是通過采集子產品平台收發消息，進行資料傳輸等。該子產品使用的主要是市場上現有的光伏裝置生産廠商的産品，例如英臻、華為、陽光、品聯、暢洋、淘科等。這些廠商的采集器子產品主要是由傳感器、控制器等單元構成，采用的是遠端資料采集的方式。資料采集子產品需要的材料是通信晶片、存儲晶片,實作原理則是将各個晶片內建在一塊電路闆上。系統通過上述器件內建的電路晶片，來快速擷取光伏電站的變器資料和氣象站資料。
圖1資料采集子產品及流程
2.2光伏系統中資料處理子產品的實作
資料處理子產品的實作主要流程如圖2所示。資料處理子產品主要完成對接收到的資料幀進行校驗、解析和轉換和存入資料庫等功能。
圖2資料處理子產品的實作主要流程
資料通信子產品是采集器與資料預處理平台之間的通信信道，主要是将裝置資料使用無線網絡終端發送到目标端口。采用的TCP/UDP協定，利用面向連接配接的TCP協定來實作IP環境下的資料可靠傳輸。同時又采用端到端發送資料包的方式，通過為采集器擷取的資料開辟的連接配接通道進行傳輸，在資料預處理平台相應端口下進行資料接收。資料預處理子產品主要流程如圖3所示：
圖3資料預處理子產品主要流程
資料預處理子產品功能實作：首先根據逆變器、電表、氣象站等不同種資料幀格式協定，制定相應的多種解析器，擷取幀中包含的電站資料資訊；再擷取傳輸到相應資料端口的幀，并将其放入正确的解析器中完成轉義。資料預處理子產品主要采用标志點比對算法，對系統中使用到的各項幀格式進行分析，提取資料幀頭，資料幀尾的資料格式與長度和整幀資料長度等，并将其作為标志點，然後對标志點進行自動識别與比對，将原始幀區分後交由相應解析器實作解析。
2.3光伏系統中資料展示子產品的實作
資料展示子產品的主要實作流程如圖4所示。資料展示是指對接收到的電站資料進行資料可視化，展示部分主要分為電站中心，運維中心，展示中心和報表中心。資料展示子產品通過對光伏電站的四大中心的展示，給使用者提供詳盡的光伏電站資訊，幫助使用者及時了解光伏電站資訊和處理光伏電站的突發事件。
圖4資料展示子產品的主要實作流程
3光伏系統的優勢
3.1為光伏電站行業運作、維護和管理問題提供解決方案
光伏電站大多建設在偏僻、環境相對惡劣的地區，派人值守可行度不高。光伏系統設計者考慮到這一問題，在光伏系統中專門增設了資料監控子產品，利用電子器件實時檢查光伏電站情況，并将資料上傳到網絡端。在網絡發達的今天，人們可以随時通過手機、電腦等進行遠端檢視資料,也可以在發現問題的第一時間打電話通知電站的管理者。
資料監控子產品完成自動化監控的具體解決措施主要有：（1）建立相關的光伏電站管理機制，并充分利用數字資訊化技術，實作光伏電站資料共享和遠端監控。（2）建立完善的系統故障處理體系,将電站各裝置在運作中出現的故障進行整理分類,并記錄下相關故障的處理方法。（3）組織技術人員參加各種教育訓練，使其掌握一般系統故障的産生原因,并培養其妥善解決故障的能力。同時安排操作人員負責與裝置廠商的聯絡工作,當電站遇到機械故障時,也能第一時間通知維修人員進行搶修,或者在較短的時間内通知裝置廠商更換裝置。光伏系統通過上述措施很好實作了自動化監管功能，幫助公司減少了人力資源的浪費。
3.2為光伏電站投資人的投資行為提供決策依據和資料支援
光伏産業作為新能源産業,是大陸經濟發展的重要産業之一。光伏發電投資不僅可以給經濟社會發展提供清潔的能源與電力,而且還可以給投資者帶來豐厚的收益。再加上近些年政府對其大力支援,是以光伏電站逐漸成為投資熱點。投資者在确定光伏發電是否為一個正确的投資項目之前,可以先對光伏投資項目的特征進行一定的了解,幫助其正确了解和把握光伏發電投資的風險。投資方可将第三方機構的監控資料作為投資決策的參考依據，了解各種風險因素。同時也可根據監控資料實時的檢視投資和收益狀況，并在之後的合同中制定相應規避風險的方案。
3.3為光伏養老、光伏脫貧、電站交易等提供資料共享和決策支援
光伏扶貧是國家大力倡導的,不僅符合以低碳為理念的能源發展戰略，而且也符合以扶貧為工作重點的農村幫扶計劃。光伏扶貧可以幫助農村解決用電問題,同時也可以利用農村的勞動力,利用光能來獲得收入。
光伏系統為農民脫貧提供途徑。光伏系統為實作光伏脫貧的具體措施有：（1）在政府指導支援下确定合适的光伏扶貧模式，建立光伏電站，進行資金投入，同時确定相應的光伏養老政策。（2）在政府鼓勵的基礎之上，選擇有技術手段、有技術實力的光伏脫貧實施機關，同時以村集體為機關進行光伏電站管理,光伏發電所得投資收益也由村集體分發給各戶。（3）給當地老百姓做光伏電站管理方面的相關教育訓練，解決部分貧困百姓就業問題。同時教會農村的青壯年一些電站交易的知識,用相對豐厚的待遇留住人才。
4安科瑞分布式光伏運維雲平台介紹
4.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運維雲平台通過監測光伏站點的逆變器裝置，氣象裝置以及攝像頭裝置、幫助使用者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，記錄檔，告警資訊，環境監測，裝置檔案，運維管理，角色管理。使用者可通過WEB端以及APP端通路平台，及時掌握光伏發電效率和發電收益。
4.2應用場所
目前大陸的兩種分布式應用場景分别是：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，通過網關将采集的資料上傳至伺服器，并将資料進行集中存儲管理。使用者可以通過PC通路平台，及時擷取分布式光伏電站的運作情況以及各逆變器運作狀況。平台整體結構如圖所示。
4.4系統功能
AcrelCloud-1200分布式光伏運維雲平台軟體采用B/S架構，任何具備權限的使用者都可以通過WEB浏覽器根據權限範圍監視分布在區域内各建築的光伏電站的運作狀态（如電站地理分布、電站資訊、逆變器狀态、發電功率曲線、是否并網、目前發電量、總發電量等資訊）。
4.4.1光伏發電
4.4.1.1綜合看闆
●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電站狀态
●電站狀态展示目前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。
●統計目前光伏電站的日、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。
●顯示目前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。
4.4.1.3逆變器狀态
●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、直流側的資料。
●展示目前逆變器接入元件數量。
●展示目前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。
●展示逆變器型号及廠商。
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
●記錄檔：使用者登入情況查詢。
●短信日志：查詢短信推送時間、内容、發送結果、回複等。
●平台運作日志：檢視儀表、網關離線狀況。
●報警資訊：将報警分進行分級處理，記錄報警内容，發生時間以及确認狀态。
4.4.3運作環境
●視訊監控：通過安裝在現場的視訊攝像頭，可以實時監視光伏站運作情況。對于有硬體條件的攝像頭，還支援錄像回放以及雲台控制功能。
4.5系統硬體配置
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，餘電不上網模式，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，通過雲平台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Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏，自發自用，餘電上網。分布式光伏接入配電網前，應明确計量點，計量點設定除應考慮産權分界點外，還應考慮分布式電源出口與使用者自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其裝置配置和技術要求符合DL/T448的相關規定，以及相關标準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關标準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集裝置，接入用電資訊采集系統，實作用電資訊的遠端自動采集。
光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過彙流箱接入逆變器，然後接入企業380V電網，實作自發自用，餘電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量，同時在企業電網和公共電網連接配接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，資料均應上傳供電部門用電資訊采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。
部分光伏電站并網點需要監測并網點電能品質，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能品質監測裝置。部分光伏電站為自發自用，餘電不上網模式，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，系統圖如下。
這種并網模式單體光伏電站規模适中，可通過雲平台采用光伏發電資料和儲能系統運作資料，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：
4.5.3 10kV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号），對于需要國家補貼的建立工商業分布式光伏發電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支援在符合電網運作安全技術要求的前提下，通過内部多點接入配電系統。
此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓後接入電網。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的幹擾，是以供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能品質以及和排程的通信要求都比較高。
光伏電站并網點需要監測并網點電能品質，包括電源頻率、電源電壓的大小、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、閃變等，需要安裝單獨的電能品質監測裝置。
上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏彙流箱，經過直流櫃彙流後接入集中式逆變器(直流櫃根據情況可不設定)，最後經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV後并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控裝置比較多，主要如下表：
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結論
随着太陽能等清潔能源的使用領域越來越廣,光伏發電技術也在不斷普及，資料采集和遠端監控也變得越來越重要。資料采集對于後期的科研分析具有重要的實際意義。而遠端監控不僅可以降低營運成本,而且也有利于光伏電站的日常運作管理、裝置維護等。在光伏系統大力度發展下，越來越多的人從衆受益。電力公司可以使用遠端監控系統替代員工的值守，投資人員可借助光伏系統擷取更将詳盡的電站資訊，為後期的投資提供決策依據，農民也可在光伏系統的幫助下脫貧。