摘要：隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念已經(jīng)轉(zhuǎn)化為科技生產(chǎn)的動力，促進了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集、分析、處理，查看實時運行情況，并通過移動APP對光伏電站運行參數(shù)進行監(jiān)控及日常管理的應用技術。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+光伏發(fā)電站；遠程運維平臺；數(shù)據(jù)采集；TCP協(xié)議；UDP協(xié)議

0、前言

隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，對于光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的需求也日益迫切，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念已經(jīng)轉(zhuǎn)化為科技生產(chǎn)的動力，促進了產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展，本文結合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術提出了一種針對分散光伏發(fā)電站運行數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集、分析、處理，查看實時運行情況，并通過移動APP對光伏電站運行參數(shù)進行監(jiān)控及日常管理的應用技術。

1、系統(tǒng)設計

1.1總體設計思路

光伏組件在接收充分光照后產(chǎn)生的太陽能通過蓄電池存儲轉(zhuǎn)化成電能，夜晚光照度減弱，蓄電池開始對用電器進行供電，循環(huán)往復工作，節(jié)省了非可再生資源，同時光伏發(fā)電的線路結構簡單操作方便，環(huán)保無污染，更節(jié)省了大量的人工。基于互聯(lián)網(wǎng)+的光伏發(fā)電管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)分散的光伏發(fā)電站網(wǎng)絡化統(tǒng)一管理。

本系統(tǒng)運行中，通過數(shù)據(jù)采集傳輸單元控制光伏電站數(shù)據(jù)采集控制單元，實時監(jiān)控光伏發(fā)電站現(xiàn)場設備的運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等并通過多種網(wǎng)絡接入方式，接入互聯(lián)網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，將參數(shù)實時發(fā)送至后臺服務器，本地監(jiān)控控制系統(tǒng)使用光伏發(fā)電監(jiān)控主機對服務器接收到的數(shù)據(jù)分類匯總、分析、處理，生成圖表等并進行分析處理。手機監(jiān)控APP端可以同步監(jiān)控主機，顯示數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行整理分析、獲取運行參數(shù)、查看實時運行情況，對光伏電站進行日常管理，不僅可以做到實時、移動監(jiān)控，更可以降低運營成本，減少開支。總體結構如圖1所示，具體實現(xiàn)的功能包括如下幾個方面：光伏電站數(shù)據(jù)采集控制單元、數(shù)據(jù)采集傳輸單元、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、后臺服務器、光伏發(fā)電監(jiān)控主機、手機APP。

1.2光伏電站數(shù)據(jù)采集控制、傳輸單元硬件設計

光伏電站數(shù)據(jù)采集控制傳輸單元主要是由溫度傳感器、光傳感器、溫濕度傳感器、風速風向傳感器、數(shù)字電位器、電磁繼電器、STM32F106單片機、網(wǎng)絡接入模塊及電路的接口部分組成。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控單元模塊將現(xiàn)場溫濕度、光照強度、風向風速以及發(fā)電單元發(fā)電參數(shù)等等通過網(wǎng)絡通信，發(fā)送至后臺服務器。同時，控制傳輸單元接收監(jiān)控主機發(fā)送的各種控制命令，能遠程控制發(fā)電模塊的運行。后臺服務器實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲、監(jiān)控和控制系統(tǒng)的部署，及連接控制端，為光伏電站數(shù)據(jù)采集單元與監(jiān)控系統(tǒng)之間建立聯(lián)系。后臺服務器主要功能模塊如圖2所示。

1.3移動監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)設計

手機監(jiān)控APP基于Android系統(tǒng)平臺進行開發(fā)，系統(tǒng)通過TCP協(xié)議及UDP協(xié)議實現(xiàn)APP與網(wǎng)絡后臺服務器監(jiān)控系統(tǒng)的APP通信控制模塊通信。APP可以實時訪問后臺服務器，對光伏電站運行進行監(jiān)控和控制操作，提供方便、快捷、實時地操作。手機APP客戶端軟件總體結構圖如圖3所示。客戶端軟件通過TCP協(xié)議對遠程服務器實現(xiàn)登錄及客戶端基本參數(shù)的傳輸。在完成客戶端基本運行參數(shù)傳輸處理之后，通過UDP協(xié)議同步監(jiān)控主機參數(shù)，顯示光伏發(fā)電模塊數(shù)據(jù)，獲取運行參數(shù)查看實時運行情況，對數(shù)據(jù)進行整理分析，對光伏電站進行日常管理監(jiān)控。

2、系統(tǒng)測試分析及結論

移動監(jiān)控APP模塊，是光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)研究課題中，后臺監(jiān)控系統(tǒng)的一個子模塊，為系統(tǒng)監(jiān)控管理者提供移動監(jiān)控平臺。系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)監(jiān)控采集模塊通過對各種傳感器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并通過GPRS遠程傳輸模塊將采集結果傳輸至后臺服務器，移動監(jiān)控APP能實時與后臺服務器進行交互，實時顯示指定發(fā)電模塊運行狀態(tài)，并根據(jù)應用需要可向監(jiān)控模塊發(fā)送控制命令對現(xiàn)場監(jiān)控設備進行控制。經(jīng)過測試，移動監(jiān)控APP模塊各項參數(shù)及遠程控制的傳輸、顯示總體達到系統(tǒng)設計要求，下一步將在現(xiàn)有設計基礎上實現(xiàn)系統(tǒng)多機位實時監(jiān)控，組網(wǎng)發(fā)電調(diào)度控制研發(fā)。

3、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

3.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)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(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)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(fā)電效率和發(fā)電收益。

3.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥�和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

3.3系統(tǒng)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(wǎng)關將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務器，并將數(shù)據(jù)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。

3.4系統(tǒng)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(jù)權限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

3.4.1光伏發(fā)電

3.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

3.4.1.2電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

3.4.1.3逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

3.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

3.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

3.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

3.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

3.4.2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(nèi)容、發(fā)送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

3.4.3運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)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。

3.5系統(tǒng)硬件配置

3.5.1交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)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(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)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：

名稱	圖片	型號	功能	應用
光伏運維云平臺		AcrelCloud-1200	監(jiān)測光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數(shù)據(jù)等	應用于單臺逆變器數(shù)據(jù)采集和上傳云平臺
智能網(wǎng)關		ANet-1E1S1-4G	嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議
防逆流裝置 （選用）		ACR10R-D10TE	防止光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率，用于單相光伏發(fā)電系統(tǒng)
戶用逆變器	逆變器推薦： 華為戶用逆變器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1 固德威GW8000-DT 錦浪GCI-1P(4-6)K，GCI-1P(9-10)K			推薦通訊方式RS485

3.5.2交流380V并網(wǎng)

根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網(wǎng)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，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，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質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)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(wǎng)輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

名稱	圖片	型號	功能	應用
光伏運維云平臺		AcrelCloud-1200	監(jiān)測光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數(shù)據(jù)等	應用于多臺逆變器、計量儀表及氣象數(shù)據(jù)采集和上傳云平臺
智能網(wǎng)關		ANet-1E2S1-4G	嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議
電能質(zhì)量監(jiān)測		APView500	電網(wǎng)頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù),電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度；三相電壓、電流各序分量；基波電壓、電流，功率、功率因數(shù)、相位等,諧波（2～50次）。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動、閃變。可輸入57.7V/100V或220V/380V。
靜態(tài)無功補償		ANSVG100-400	光伏并網(wǎng)時主要提供有功功率，這樣市電側(cè)有功減少，而無功不變，這樣會導致功率因數(shù)降低，通過無功補償裝置可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)。
防逆流裝置		ACR10R-D10TE4	防止光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率，用于三相光伏發(fā)電系統(tǒng)
直流電表		DJSF1352	電壓輸入DC750V，電流輸入DC300A/75mV，在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用
		DJSF1352RN
		PZ96L-DE
逆變器	逆變器推薦： 陽光電源組串式逆變器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX 華為商用逆變器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0 固德威GW（25~80）K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 錦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等			推薦通訊方式RS485

3.5.3 10kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

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后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，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質(zhì)量監(jiān)測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，*后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。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：

名稱	圖片	型號	功能	應用
光伏運維云平臺		AcrelCloud-1200	監(jiān)測光伏發(fā)電功率、發(fā)電量、功率曲線、發(fā)電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數(shù)據(jù)等	應用于6MW以下光伏變電站
電力監(jiān)控系統(tǒng)		Acrel-2000	電力監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對光伏發(fā)電站。測、。信、。控、異常報警、故障記錄和分析等功能，接收調(diào)度系統(tǒng)指令對光伏電站進行調(diào)節(jié)和控制。
并網(wǎng)柜		AZG光伏并網(wǎng)柜	容量涵蓋范圍廣，可涵蓋2000A以下用戶并網(wǎng)需求； 安裝方便，外觀美觀大氣； 可選配檢有壓合閘、失壓跳閘等功能，對光伏系統(tǒng)進行失壓，欠壓保護，及自動合閘功能； 可預留獨立鉛封計量室，光伏發(fā)電一目了然； 可根據(jù)客戶需求配用國內(nèi)外品牌廠家元件； 可選配電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置檢測光伏發(fā)電系統(tǒng)的各電參量，并與后臺聯(lián)機通訊，實現(xiàn)智能化管理； 可選配防孤保護及逆功率保護功能； 具有RS485通訊接口，使用ModBus-RTU通訊協(xié)議
匯流箱		APV光伏匯流箱	防護等級為IP65,滿足室內(nèi)外安裝要求； 采用霍爾傳感器，隔離測量，16路輸入； 耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇； 可選電壓測量功能,測量電壓DC1kV； 具有RS485通訊接口，ModBus-RTU通訊協(xié)議； 可根據(jù)客戶需求配用國內(nèi)外品牌廠家的光伏專用直流斷路器，光伏專用直流熔斷器、防雷保護器等元件。
智能網(wǎng)關		ANet-1E2S1-4G	嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議，支持和調(diào)度系統(tǒng)遠動通訊。
微機保護測控裝置		AM5SE	適用于35kV和10kV電壓等級的線路保護測控、變壓器差動、后備保護測控等功能
電能質(zhì)量監(jiān)測		APView500	電網(wǎng)頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù),電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度；三相電壓、電流各序分量；基波電壓、電流，功率、功率因數(shù)、相位等,諧波（2～50次）。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動、閃變。可輸入57.7V/100V或220V/380V。
弧光保護裝置		ARB5	集保護、測量、控制、監(jiān)測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實時監(jiān)測弧光信號，保護電流，適用于中低壓等級電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。
光伏匯流采集裝置		AGF-M16T	一次電流采用穿孔方式接入，20A，穿孔方式接入，安裝方便，安全性高 帶3路開關量狀態(tài)監(jiān)測，可以對匯流箱內(nèi)的防雷器、斷路器狀態(tài)進行監(jiān)控 具有內(nèi)部測溫功能，可實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度，保證電氣安全 具有DC1500V母線電壓測量功能 具備RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng)
直流電表		DJSF1352	電壓輸入DC750V，電流輸入DC300A/75mV，在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用
		DJSF1352RN
		PZ96L-DE
多功能電表		APM800	各電壓等級全電氣參數(shù)測量、計量和狀態(tài)量采集
逆變器	逆變器推薦： 陽光電源集中式逆變器SG500MX等 華為商用逆變器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等 固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等 錦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等			推薦通訊方式RS485

【參考文獻】

1. 尹汪宏，蔣家欣.基于互聯(lián)網(wǎng)+光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的移動監(jiān)控平臺設計與實現(xiàn)[J].科教導刊，2020年第03期1月（下）
2. 尚德威，張麗紅，倪晉平.基于單片機控制的嵌入式低功耗調(diào)制解調(diào)器[J].電子產(chǎn)品世界，2003（01）：61-66
3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版