光伏电站监控系统专项方案分析.doc

光伏电站监控系统分析摘要：综合叙述了现在中国含有实际工程意义大型光伏电站及分布式光伏系统多个监控系统方案。光伏监控系统采取通讯手段关键包含：有线方法：工业RS485总线、PROFIBUS总线、工业以太网、CAN总线、Modern电话线；无线方法：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA红外。文中对多种通讯方法组成、特点及应用作了简明叙述及对比。引言太阳能光伏发电项目随中国政府连续出台支持光伏产业发展政策不停增多[1]，截至年底，中国累计建设容量7.97GW，其中大型光伏电站4.19GW，分布式光伏系统3.78GW[2]。国家能源局公布《太阳能发电发展“十二五”计划》称，到年底，太阳能发电装机容量达成2100万kW（即21GW）以上，年发电量达成250亿kWh。伴随大型光伏电站及分布式光伏系统建设和投运，业主及电网企业对设备实时监控提出了更高要求。光伏监控系统需实现功效有：1）汇流箱、逆变器、电池板、蓄电池组及其控制器（带储能功效光伏系统）、环境温度等底层设备实时数据及状态采集；2）底层设备故障报警；3）关键数据历史存放；4）远方及当地对电站设备必需操控。即集遥测、遥控、遥信、遥调功效为一体，且需含有高可靠性，整年不间断工作。现在含有实际工程意义监控系统从物理实现方法上可分为有线及无线两种。有线方法关键包含：工业RS485总线、PROFIBUS现场总线、CAN总线、Modem电话线、工业以太网；无线方法关键包含：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA红外。需依据实际工程要求及多种通讯方法特点选择适合监控方案。1基于现场总线光伏监控系统1.1兆瓦级及以上并网光伏电站监控系统兆瓦级及以上光伏电站占地面积广、设备数量及种类庞大、建设集中。现在最为广泛采取是有线监控方法。整体架构包含：当地数据采集、数据传输、数据存放和处理三部分，图1所表示。当地数据采集经过数据采集器和底层设备相连接，采集设备实时数据，如汇流箱电流、逆变器功率和发电量、环境监测仪温度和风向、安防装置视频数据、保护装置（高压开关状态、直流接地状态）、计量装置（电量/电压/电能质量等计量仪器数据）。物理层广泛采取造价低廉工业RS485总线，MODBUS协议作为总线协议。1.1.2数据传输当地数据采集器和监控中心通讯网络间相距较远，通常为几千米至几十千米，采取工业以太网（TCP/IP），光纤连接。基于TCP/IP以太网是标准开放式网络，光纤组网可采取星形拓扑结构或环网拓扑结构。星形拓扑结构属于集中控制型网络，整个网络由中心节点实施集中式通讯控制管理，各分节点均直接和中心节点连接，中心节点和分节点之间直接进行数据交互；若某节点线缆出现故障，数据无法传输；总布线距离长。图2所表示，环网拓扑结构可利用它自愈性能，将线路切换至备用线路上，从而确保信号实时通畅，实现高可靠性、多备份和信号快速恢复要求。且环网线缆利用率高，线材成本会大大降低。数据存放和处理经过电站监控中心上位机监控软件对数据进行存放及处理。上位机监控软件现在有两种实现方法：1）基于VC、C++、VB或DELHI等高级语言作为管理软件开发平台开发上位机软件，开发难度高、工作量庞大、开发周期长、开发完成无需后续资金投入；2）组态软件，基于C/S（Client/Server）用户机/服务器模式（如组态王、三维力控）或基于B/S结构（Browser/Server）浏览器/服务器模式（如研华科技）组态软件，支持多个通讯协议，无需底层程序开发，只需进行画面、通讯点设置等二次开发后可直接使用，开发周期短、难度低、可靠性高，但需按每个工程通讯点数量收费购置。因为兆瓦级及以上并网光伏电站需由当地电网企业进行统一调度，所以，监控中心上位机还需按电网企业电力规约要求（如电力102、103、104规约等），将电站数据上传，并下发电网企业操作指令。“金太阳示范工程”需将数据上传至金太阳中心和住建部。1.2带有储能装置光伏监控系统CAN总线采取无损结构逐位仲裁方法竞争向总线发送数据，废除了站地址编码，代之以对通信数据进行编码，使不一样节点同时接收相同数据，使数据通信实时性增强，易组成冗余结构，提升了系统可靠性和灵活性。通信距离最远可达10km（速率低于5kbps），速率可达1Mbps（通信距离小于40m）。带有大容量储能装置光伏系统，因为充电电流大，充电过程中充电控制器投入/切出充电频繁，对蓄电池冲击较大，易损坏蓄电池。所以，在对实时性、可靠性和扩展灵活性全部有较高要求光伏储能系统，更适适用CAN总线构建系统[3]，图3所表示。CAN总线构建系统CAN该系统由上位机PC、管理模块、n个充电模块组成。管理模块集显示、输入、数据存放、采样、通信为一体，和PC机经过RS232相连接，操作人员可经过PC机上位机