摘要
介紹九州新能源股份有限公司3MW光伏電站電力監(jiān)控軟件,采用匯流箱、逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀采集配電現(xiàn)場(chǎng)的各種電參量、微機(jī)保護(hù)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)就地組網(wǎng)的方式,組網(wǎng)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊并遠(yuǎn)傳至后臺(tái),通過(guò)Acrel-2000 V8.0型光伏監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所配電回路用電的管理。
概述
湖北九州方園新能源股份有限公司的獨(dú)資子公司,2012年6月成立,注冊(cè)資本1.69億元。公司從事并網(wǎng)光伏電站、光伏建筑一體化電站、光伏農(nóng)業(yè)一體化電站的投資建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理;生產(chǎn)、研發(fā)光伏照明、光伏充電等光伏集成應(yīng)用系統(tǒng)。
光伏電站配備自動(dòng)運(yùn)行、功能完善的監(jiān)控系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)發(fā)電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)或變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),相對(duì)來(lái)說(shuō),光伏電站內(nèi)設(shè)備種類(lèi)不及傳統(tǒng)電廠(chǎng)豐富,生產(chǎn)控制流程也不太復(fù)雜。但其典型特點(diǎn)是裝機(jī)容量大、占地面積廣、維護(hù)人員很少,這就要求生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安保技防等各環(huán)節(jié)集中統(tǒng)一起來(lái),且能夠適應(yīng)其位置分散、配置靈活的特點(diǎn)?;诂F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)的大型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可以滿(mǎn)足這些要求。
由于太陽(yáng)能電池板發(fā)電參數(shù)是不穩(wěn)定的,而且是波動(dòng)和間斷的,光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)太陽(yáng)能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。光伏電站光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運(yùn)行情況,其友好的用戶(hù)界面、強(qiáng)大的分析功能、完善的故障報(bào)警確保了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的*可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。
本項(xiàng)目為3MW的廠(chǎng)區(qū)屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)客戶(hù)需求我司只需監(jiān)控逆變器及匯流箱??蛻?hù)如需實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光照度、風(fēng)向、風(fēng)速模擬量采集,可另安裝環(huán)境監(jiān)控儀。
本項(xiàng)目共有5臺(tái)逆變器,41臺(tái)匯流箱。其中廠(chǎng)區(qū)有4臺(tái)逆變器,33臺(tái)匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉(cāng)庫(kù)屋面,監(jiān)控室在逆變器室旁。國(guó)貿(mào)大廈有1臺(tái)逆變器,8臺(tái)匯流箱分布在大廈屋頂,監(jiān)控室在大廈一層。
Acrel-2000 V8.0型低壓智能配電系統(tǒng),充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的新發(fā)展,對(duì)變配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對(duì)配電系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng),通過(guò)計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò),將分散的配電所的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為一個(gè)的整體,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述
本項(xiàng)目共有5臺(tái)逆變器,41臺(tái)匯流箱。其中廠(chǎng)區(qū)有4臺(tái)逆變器,33臺(tái)匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉(cāng)庫(kù)屋面,監(jiān)控室在逆變器室旁。國(guó)貿(mào)大廈有1臺(tái)逆變器,8臺(tái)匯流箱分布在大廈屋頂,監(jiān)控室在大廈一層。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),即站控層,通訊層與間隔層;廠(chǎng)區(qū)組網(wǎng)如下圖(1)所示:
圖(1)
國(guó)貿(mào)組網(wǎng)如下圖(2)所示:
圖(2)
間隔設(shè)備層主要為:逆變器、匯流箱、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi),這些裝置均采用RS485通訊接口,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線(xiàn)組網(wǎng)通訊,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。
網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為:通訊服務(wù)器,其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集,同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層,完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。
站控管理層:設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上,集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況,以人機(jī)交互的形式顯示給用戶(hù)。
以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議,RS485采用屏蔽線(xiàn)傳輸,一般都采用二根連線(xiàn),接線(xiàn)簡(jiǎn)單方便;通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,抗噪聲干擾能力增強(qiáng),總線(xiàn)上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備,大傳輸距離為1.2km。
2 光伏監(jiān)控系統(tǒng)主要功能
2.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ),數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)包括:逆變器相電壓U、相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度EPI、等數(shù)據(jù),匯流箱電壓、各路電流等,環(huán)境監(jiān)測(cè)儀溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、光照度等,遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶(hù),達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求,同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶(hù)查詢(xún)。
2.2 人機(jī)交互
系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的用戶(hù)使用界面。采用全中文界面,CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線(xiàn)圖,顯示配電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參;畫(huà)面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新;模擬量顯示;開(kāi)關(guān)量顯示;連續(xù)記錄顯示等。
2.3 歷時(shí)事件
歷時(shí)事件查看界面主要為用戶(hù)查看曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障記錄、信號(hào)記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機(jī)交互,通過(guò)歷史事件查看平臺(tái),您可以根據(jù)自己的要求和查詢(xún)條件方便定位您所要查看的歷史事件,為您把握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況提供了良好的軟件支持。
2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢(xún)
主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集,并且建立數(shù)據(jù)庫(kù),定期生成報(bào)表,以供用戶(hù)查詢(xún)打印。
2.5 用戶(hù)權(quán)限管理
針對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù),設(shè)置不同的權(quán)限組,防止因人為誤操作給生產(chǎn),生活帶來(lái)的損失,實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全,可靠運(yùn)行??梢酝ㄟ^(guò)用戶(hù)管理進(jìn)行用戶(hù)登錄、用戶(hù)注銷(xiāo)、修改密碼、添加刪除等操作,方便用戶(hù)對(duì)賬號(hào)和權(quán)限的修改。
2.6 運(yùn)行負(fù)荷曲線(xiàn)
負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)功能主要負(fù)責(zé)定時(shí)采集進(jìn)線(xiàn)及重要回路電流和功率負(fù)荷參量,自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線(xiàn)的,方便用戶(hù)及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況。點(diǎn)擊畫(huà)面相應(yīng)按鈕或菜單項(xiàng)可以完成相應(yīng)功能的切換;可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)或歷史趨勢(shì)線(xiàn);對(duì)所選曲線(xiàn)可以進(jìn)行平移、縮放、量程變換等操作,幫助用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)趨
勢(shì)分析和故障追憶,為分析整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供了直觀(guān)而方便的軟件支持。
2.7 遠(yuǎn)程報(bào)表查詢(xún)
報(bào)表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶(hù)的需要設(shè)計(jì)報(bào)表樣式,把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、組合和統(tǒng)計(jì)生成用戶(hù)需要的報(bào)表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶(hù)的需要對(duì)報(bào)表文件采用定時(shí)保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時(shí)本程序還向用戶(hù)提供了對(duì)生成的報(bào)表文件管理功能。
報(bào)表具有自由設(shè)置查詢(xún)時(shí)間實(shí)現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印等功能。
3 案例分析
3.1 客戶(hù)要求
本項(xiàng)目共有5臺(tái)逆變器,41臺(tái)匯流箱。其中廠(chǎng)區(qū)有4臺(tái)逆變器,33臺(tái)匯流箱分布在1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面、倉(cāng)庫(kù)屋面,監(jiān)控室在逆變器室旁。國(guó)貿(mào)大廈有1臺(tái)逆變器,8臺(tái)匯流箱分布在大廈屋頂,監(jiān)控室在大廈一層。
客戶(hù)提供的配電監(jiān)測(cè)需求表
3.2 針對(duì)本項(xiàng)目軟件實(shí)現(xiàn)功能客戶(hù)對(duì)報(bào)表的要求:對(duì)逆變器輸出和輸入率的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和環(huán)境溫濕度光照的報(bào)表并支持查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)打印功能,逆變器日月年電能以棒圖的形式顯示。
本項(xiàng)目中監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布廣,采用光纖組網(wǎng)方式,以減少數(shù)據(jù)傳輸中的干擾。
光伏陣列監(jiān)測(cè)功能,主要完成對(duì)各個(gè)匯流箱,單路直流電流、光伏電壓、光伏總電流、匯流箱溫度監(jiān)測(cè),各匯流箱運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行異常顯示與報(bào)警提示。如圖(3)
圖(3)光伏陣列監(jiān)測(cè)
報(bào)警事件主要用于查看電流越限信息和匯流箱、逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀通訊連接信息;幫助用戶(hù)進(jìn)行事故查詢(xún);支持歷史查詢(xún),打印等功能。如果有任何主進(jìn)線(xiàn)回路電流越限、通訊中斷和連接,實(shí)時(shí)報(bào)警信息中會(huì)及時(shí)展現(xiàn)哪一個(gè)回路哪一相電流和回路名稱(chēng),并會(huì)自動(dòng)彈出這個(gè)窗口,直至值班員過(guò)去確認(rèn)或清除報(bào)警才會(huì)停止報(bào)警。如圖(4)
圖(4)歷史遙測(cè)報(bào)警信息查詢(xún)
遠(yuǎn)程抄表導(dǎo)航欄的主要功能為:查看變電所中所有回路的電參量。報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印。在主界面上點(diǎn)擊遠(yuǎn)程抄表按鈕將出現(xiàn)如圖(5)所示。設(shè)置好時(shí)間,通過(guò)點(diǎn)擊1#廠(chǎng)房屋面、2#廠(chǎng)房屋面和倉(cāng)庫(kù)屋面按鈕,就可以看到相應(yīng)回路的歷史數(shù)據(jù)。。
圖(5) 參數(shù)抄表
發(fā)電日棒圖的主要功能為:是對(duì)四臺(tái)逆變器的用電量年、月、日統(tǒng)計(jì),報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印,棒圖只能打印。以日?qǐng)?bào)表為例,報(bào)表的查詢(xún)?cè)O(shè)置好查詢(xún)時(shí)間既可查詢(xún)歷史用電量;對(duì)應(yīng)棒圖的查詢(xún),先要查報(bào)表在點(diǎn)擊棒圖下面對(duì)應(yīng)的量程選擇。如圖(6)
圖(6) 電能報(bào)表
自定義電能報(bào)表的主要功能為:查看臺(tái)逆變器的用電量,報(bào)表可以進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出或者打印。點(diǎn)擊自定義電能報(bào)表按鈕將出現(xiàn)如圖(7)所示,設(shè)置好查詢(xún)的起始與結(jié)束時(shí)間即可查詢(xún)歷史用電量。(注意只有報(bào)表中臺(tái)逆變器起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間都有數(shù)據(jù)的情況下,總的發(fā)電量才正確。)
圖(7) 自定義報(bào)表
發(fā)電趨勢(shì)和環(huán)境關(guān)系曲線(xiàn)圖主要負(fù)責(zé)查看環(huán)境對(duì)臺(tái)逆變器的功率的關(guān)系,曲線(xiàn)可以查看實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)或歷史趨勢(shì)線(xiàn);幫助用戶(hù)管理用電設(shè)備。本界面曲線(xiàn)顯示的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風(fēng)向、風(fēng)速的曲線(xiàn),還有光照強(qiáng)度和四臺(tái)逆變器的功率對(duì)比圖,曲線(xiàn)的查詢(xún)方法和并網(wǎng)監(jiān)測(cè)中逆變器曲線(xiàn)查詢(xún)方法一樣。左邊是環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)報(bào)表。如圖(8)
圖(8)發(fā)電趨勢(shì)和環(huán)境關(guān)系
并網(wǎng)監(jiān)測(cè)界面主要負(fù)責(zé)查看逆變器的工作情況,逆變器有功功率和無(wú)功功率曲線(xiàn)圖,逆變器的實(shí)時(shí)輸出和輸入電壓、電流功率、發(fā)電效率發(fā)電量以及逆變器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如圖(9)
圖(9)并網(wǎng)監(jiān)測(cè)
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大、技術(shù)逐步提升,光伏發(fā)電成本會(huì)逐步下降,未來(lái)國(guó)內(nèi)光伏容量將大幅增加。中國(guó)已將新能源產(chǎn)業(yè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),未來(lái)10年擬加大對(duì)包括太陽(yáng)能在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)投資,以減少經(jīng)濟(jì)對(duì)石化能源依賴(lài)和降低碳排放。未來(lái)五到十年中國(guó)光伏發(fā)電有望規(guī)?;l(fā)展。本文介紹的Acrel-2000 V8.0光伏監(jiān)控系統(tǒng)在九州新能源股份有限公司3MW光伏電站的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)九州新能源股份有限公司3MW光伏電站發(fā)電的實(shí)時(shí)監(jiān)控和并網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,不僅能顯示回路用電狀況,還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可以與串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成光伏監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析、處理,實(shí)時(shí)顯示光伏電站各逆變器、匯流箱的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)模擬分合閘、負(fù)載越限具有彈出報(bào)警對(duì)話(huà)框及報(bào)警聲音提示,并生成各種電能報(bào)表、分析曲線(xiàn)、圖形等,便于電能的遠(yuǎn)程抄表以及用電分析、研究。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定,為變電所用戶(hù)解決用電問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的依據(jù),取得了較好的社會(huì)效益。[1
參考文獻(xiàn):
[1].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監(jiān)控與光伏監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10
作者簡(jiǎn)介:周菁,女,本科,就職于江蘇安科瑞電器制造有限公司。