安科瑞 馮長杰

0、引言

隨著世界能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類對(duì)環(huán)境問題的重視，太陽能憑借資源豐富、布局靈活的優(yōu)勢，成為當(dāng)今新能源發(fā)展的主流，當(dāng)前越來越多的光伏電站投入運(yùn)營。光伏電站的可靠運(yùn)行，需要匯流箱、逆變器等設(shè)備在無故障狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)光伏設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測十分重要。目前，光伏電站主要采用人工定期檢查、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。由于人力資源有限及傳統(tǒng)光伏監(jiān)測系統(tǒng)智能化不足，這兩種方式都存在光伏陣列監(jiān)測不足、遇到故障時(shí)無法快速定位的問題。

在此背景下，本文對(duì)某企業(yè)屋頂光伏電站的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)。該監(jiān)控系統(tǒng)為光伏電站匯流箱、逆變器等設(shè)備配備通信模塊，利用RS485總線與各通信模塊相連，將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，并利用組態(tài)軟件在上位機(jī)建立監(jiān)控界面，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)光伏電站運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，設(shè)備故障時(shí)上位機(jī)通過監(jiān)控界面發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提高了光伏電站的安全性。

1、光伏電站布局

企業(yè)廠區(qū)4個(gè)屋頂被分成A、B、C、D四個(gè)光伏發(fā)電區(qū)域，采用集中式和分布式相結(jié)合的方式發(fā)電。C區(qū)廠房面積較大且自用電較少，故對(duì)C區(qū)廠房采用集中式結(jié)構(gòu)，根據(jù)工廠屋頂面積配置與之相對(duì)應(yīng)的光伏面板，并以20路為一組接入直流匯流箱，匯流箱的電流輸入到集中式逆變器。A、B、D區(qū)采用分布式結(jié)構(gòu)，使用組串式逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流后直接并入電網(wǎng)，最后再將四個(gè)區(qū)域通過交流電纜將電流輸送至并網(wǎng)柜。

2、智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了能夠在光伏設(shè)備發(fā)生故障時(shí)快速定位故障點(diǎn)，在硬件上選用智能型的匯流箱、逆變器；使用組態(tài)軟件構(gòu)建一個(gè)界面，將每個(gè)智能元器件在界面上顯示出來，通過RS485總線將數(shù)據(jù)匯總到機(jī)柜串口后，通過光纖與上位機(jī)進(jìn)行連接從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控的同時(shí)，可進(jìn)行簡單、直觀的人機(jī)交互。其中，數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控和簡單的數(shù)據(jù)分析由各種智能元器件來實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交互通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)；在組態(tài)軟件中建立監(jiān)控界面，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中進(jìn)行分析處理，兩者之間的連接通過建立在C區(qū)的串口機(jī)柜實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖1所示。

3、硬件選型

3.1直流匯流箱

直流匯流箱需要監(jiān)視各個(gè)光伏面板的輸出電流，當(dāng)任意一個(gè)回路發(fā)生電流故障，該模塊提供報(bào)警信號(hào)。另外，匯流箱要采集保護(hù)斷路器的觸點(diǎn)信號(hào)，了解該斷路器的位置，在發(fā)生跳閘后需要及時(shí)送出信號(hào)。因此，直流匯流箱選用常熟開關(guān)制造有限公司生產(chǎn)的CXPV-16/Z光伏直流匯流箱。

3.2逆變器

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，逆變器需提供遠(yuǎn)程控制功能，并且發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。因此選用兩種型號(hào)的逆變器，一種為CS1并網(wǎng)型光伏逆變器。該型號(hào)逆變器具有較多的通信接口和遠(yuǎn)程控制功能，且輸入電壓范圍寬，使其適用于小型組串低壓設(shè)備。另一種選用SUN2000-60KTL-M0組串式逆變器。這種型號(hào)的組串式逆變器基于模塊化的設(shè)計(jì)，能夠減少電池組件較佳工作點(diǎn)不匹配逆變器的情況，大幅增加發(fā)電量。

4、軟件開發(fā)

利用Riyear-PowerNet系統(tǒng)設(shè)計(jì)該光伏電站的工業(yè)現(xiàn)場信息。采集到的元器件數(shù)據(jù)RiyearPowerNet系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存，建立歷史及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)故障進(jìn)行分析定位。

4.1軟件結(jié)構(gòu)

智能硬件系統(tǒng)通過Modbus驅(qū)動(dòng)程序與上位機(jī)相連接，人機(jī)界面就可以顯示設(shè)備數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)報(bào)警等，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)介紹

5.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括：站點(diǎn)監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運(yùn)維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺(tái)，及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

5.2應(yīng)用場所

目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(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。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶可以通過PC訪問平臺(tái)，及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

5.4系統(tǒng)硬件配置

5.4.1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(jī)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(hù)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(duì)于光伏電站的管理者來說，通過云平臺(tái)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：