力控国产化工业软件在光伏发电监控系统中的应用

1.概述

       随着规模性太阳能电站在中国开始陆续建设和投入运行，如何实时了解电站的运行状况，如何满足上一级系统或电网调度系统的监控需求，是电站业主和电网公司共同关心的问题。而现有光伏电站监控系统主要从本厂逆变器出发，对电站运行的一些参数进行监测，同时获取电站中其它设备的信息及控制这些设备，满足电网调度系统对电站实时监控的要求。

2.总体设计目标

◆建设光伏电站监控设备的统一管理平台

       实现统一运行监控电站设备，集中管理数据，为运行人员、检修人员、管理人员提供全面、便捷、差异化的数据和服务。

       成为电站设备的承载系统，为电站设备的规划、新设备的接入提供载体。

       建立统一的数据库，为监控平台和其他各种专业监控系统提供数据服务。

◆整合各类监测数据，实现对不同人员的差异化服务

       对运行人员、管理人员、检修人员、领导等不同人员提供不同的用户界面、展现方式、数据信息等。在各类人员登录后，即可看到各自关心的内容，提供差异化服务。

       为运行人员提供设备的状态信息、告警信息、实时数据等数据应用服务。

       为管理人员提供各类监测数据的统计、变化趋势、状态信息等应用服务。

       为检修人员提供告警信息、变化趋势等应用服务。

◆数据上传 

       对国网公司地方调度，或者鉴衡认证中心、北京市节能环保中心等职能机构按照规定的协议传输数据，实现对光伏电站完整统一的本地及远程运行监控，集中管理数据，方便电站业主和电网公司管理。 

3. 设计原则

本系统在设计上遵循以下原则：

1)完整性

       业务数据完整性：系统能够实现对不同厂商、不同种类、不同型号设备的监测数据统一完整采集。

       业务流程完整性：系统能够提供实时数据、周期采样数据、事件数据的应用服务。

2)规范性

       系统建设遵循有关国家标准、国际标准、电力行业相关标准。

       制定或完善相关标准规范，确保监测设备、监测数据通讯的规范性。

       界面设计遵循有关界面设计规范。

3)扩展性

       硬件扩展性：系统能够广泛适配新接入监测设备的通信接口。

       软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可卸载。

4)开放性

       系统能够同各类专家系统进行数据信息交换。

       系统能够与电网调度等系统进行数据信息交换。

5)集成性

       能够集成环境、安防、电能量、电能质量等监测数据，分类处理，分类存储，统一界面显示监测数据。

6)可操作性

       界面友好，操作方便，注重用户体验。

4. 系统架构

       为了解决监测设备分散独立、无法进行远程集中监控和诊断的问题，本系统接入所有的光伏电站在线监测设备，进行设备统一管理，设备运行数据统一采集、查看和分析，提供综合全面的运行状态监测、运行告警发现与通知、数据查询分析、设备运行管理。

       为实现设备的动态扩展接入，系统应能实现在不进行二次开发的情况下，即可完成接入新增监控设备。设备数据接入后进行分级存储，分类汇总统计，利用监测数据和事件信息，可以实现集中远程监控电站设备，也可以为故障诊断提供技术手段和数据支持，亦为电站管理提供全面的统计数据和各类报表。

       监测数据按数据类型和应用特性分类存储，实现不同层面、人员关注不同的信息。同时各级数据可自上而下进行追溯。

系统分为4 个层次：站控层、网络层、调度层、信息层。

1)站控层

       设备：由监控主机（配有力控监控组态软件ForceControl）、力控华康工业通信采集网关pFieldComm等组成。

       功能：提供子站所有设备的接入、监控和管理、视频监控，以及将数据上传到调度层。

2)网络层

       设备：网络层由现场网络交换设备、网络线路等构成。

       功能：提供全站运行和监控设备的互联与通信。

3)调度层

       设备：实时历史服务器（配有力控企业级实时历史数据库pSpace）、Web服务器、打印机等组成。

       功能：实现采集分散的光伏电站子系统的大量数据、历史数据存储、WEB发布等。 

4)信息层

       设备：由WEB客户端、手机客户端、远程访问服务器、安全网关（pSafetyLink）等组成。

       功能：使用者可以对自己关心的数据进行远程访问和管理,并且能保证调度层系统的安全性。

5、 系统功能

5.1 数据采集和控制

1)逆变器监控

       采集的基础数据：当前总功率、发电量、二氧化碳减排量、直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、电流、逆变器机内温度等。

2)汇流箱监控

       采集的基础数据： 光伏阵列每路电流或每个光伏阵列电流。

       报警数据：设备可提供的所有报警数据。

3)光伏阵列监控

       采集的基础数据：高度角、方位角、运行状态、报警数据。

4)气象监测仪监控

       采集的基础数据：环境温度 、光照强度、风速、风向等。

5.2 统一的设备维护管理

       力控软件平台提供监控设备使用状况功能，显示逆变器等设备的运转情况、电流和电压、设备的故障信息，提供自动报警显示并存储，并且对重要仪表统一管理，提示维修人员及时更换备件、及时维护，延长仪表的使用寿命。

5.3 数据存储和显示 

       调度中心负责实时采集重要参量并进行定期存储，操作员可查询历史数据库的数据，并且以报表、曲线、棒图等形式展示，同时可以打印数据，为技术员分析系统运行状况提供科学的依据。

5.4 系统报警与告警通知

       当系统任何节点、任务模块出现故障或异常，在处理系统的实时历史数据过程中发现异常、故障时，系统自动给出各种报警提示，包含预设的语音报警、报警简报窗口显示、报警总表显示、报警即时打印、报警画面、图元变色等。

       系统产生的报警信息保存，包括告警时间、站点信息、告警类别、告警描述等。同时可以按时间、地域信息、报警类别、描述等做复杂的关键字组合查询和统计。

告警通知向使用者提供故障设备的告警以及设备在故障前的预警功能。告警方式包括：

       1)监控界面集中告警

       2)手机短信告警

       3)E-mail电子邮件报警

5.5 视频监控 

       视频监控功能能够展示实时的视频内容，从而实现“遥视”。视频监控可以单独使用，即选择某个视频设备后，展示选定视频设备传输过来的视频影像；同时，视频监控可以实现视频拍摄方向调整和缩放。

5.6 分析诊断 

       分析诊断功能向使用者提供设备的故障分析功能，具体包括比对分析、专家分析。 比对分析是指通过比较多个设备的运行数据发现问题，比如将两台逆变器的日发电量进行对比，如果有一台逆变器的发电量总是比另外一台低，那么我们就可以认为发电量低的这一台逆变器效率低下或疑似故障，借此也可以用来判断逆变器的好坏。 

5.7 统计报表

       统计报表功能可为管理人员提供必要的报表，根据不同的报表，系统自动按照报表的功能及需要，按照日、月、季、年等方式提供不同颗粒度的报表，所有的报表均可导出EXCEL 表格并打印，打印出的格式和内容与看到的格式和内容完全一致。 

5.8 数据的在线统计

       系统能够对发电站运行的各种常规参数进行统计计算，包括日、月、年时段的最大/最小值、其出现时间、平均值、越限次数、越限时间、越限率、合格率等。

5.9 Web发布

       通过力控软件提供的Web功能，可以使用户在IE浏览器上访问工程画面，浏览的效果与在力控软件运行系统中看到的工程画面完全相同，包含全部动态数据和动画,方便远程管理系统。

5.10 数据的转发

       力控软件提供了用户侧光伏电站在线监测系统认证技术规范V7.0、《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则》等转发协议，可以将数据传到住建部以及金太阳中心。

6、结论

       基于力控软件平台搭建的光伏发电监控系统，可实现监测数据信息共享、交换、传输等功能，满足用户中心数据库的要求。

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