光伏电站一体化监控方案

项目概 总体目 设计原 逆变 系统架 系统功 关键技 随着规模性的能电站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所共同关心的问题。而现有光伏电站系统主要由逆变器厂商随设备提供，主要本厂逆变器出发，对电站运行的一些参数进行监测，难以或不能直接控制逆变器的运行状态，亦无法获取电站中的其它设备的信息及控制这些设备，更电网调度系统对电站的实时要求。另外，大型电站均会采用不同厂商的产品，这些不同厂商的产品彼此无法兼容，造成一个个“孤岛”系统，无法形成统一的体系。因此，迫切需要一套统一的平台，能够对不同厂商、不同类别、不同型号的逆变器及其它设备进行管理，实现对光伏电站完整、统一的实时监测和控制。建设光伏电站设备的统一管理平实现电站设备的统一运行数据的集中管理给运行人员、检修人员、管理人员等提供全面、便捷、差异化的数据和服务；提供载体；建立统一的数据库，为平台和其他各种专业系统提数据服务。整合各类监测数据，实现对不同人员的差异化服对运行人员、管理人员、检修人员、等不同人员提供不同各自最关心的内容，提供差异化服务；应用服务；应用服务；为检修人员提供告警信息、变化趋势、故障录波数据等应用务本系统在设计上坚持以下原备的监测数据统一完整。件数据的应用服务。系统建设遵循有关、国际标准、电力行业有关标准制定或完善相关，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。硬件扩展性：系统能够广泛适配新接入监测设备的通口软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸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集理，分类，统一界面显示监测数据。可操作界面友好，操作方便，注重用户光伏电站中涉及到的设备种类较多，包括光伏系统相关的光伏组串、巡日装置、汇流装置、逆变器、环境监测仪；安防装置（摄像头、避雷器、门禁等）、保护装置（高压开关、直流接地等）、计量装置（电量/电压/电能质量相关计量仪器）等。在本平台中，系统上线后立即接入的设备包括：（光伏组件温度检测仪置逆变（通过逆变器监测汇流情况、环境监测仪、头，其它设备在电站运行过程中根据实际情况逐步接入。以下从设备接入目的的基础数据控制内容通讯方式等四个角度对设备进行分析。其中，的基础数据为从设备本身获取的原始数据，在本平台的应用中，除了基础数据外，还会大量使用衍生数据，即由系统通过多个基础数据（甚至是不同种类设备的多种基础数据）的组合、计算得到。逆变交流电流、逆变器机内温度、时钟、频率；运行状态：运行、关闭、待告警数据：逆变器厂商所提供的设备原生告警各异，系控制的内容：开启、停止、参数设置/调整通讯方式：RS485、接入目的：监测和控的基础数运行状态：运行、关闭、待控制内容：开启、定位、停止通讯方式通讯方式通讯方式的基础数运行状态：运行、关闭、待控制内容：开启、定位、停止通讯方式为了解决监测设备分散独立、无法进行集中和诊断的问题，本系统接入所有的光伏电站监测设备，进行设备统一管理，设备运行数据统一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能完成新增设备的接入设备数据接入后进行分级，分类汇总统计，利用监测数据和事件信息，可以实现电站设备的集中，也可以为故障诊断提供技术和数据支持，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，实现不同层面和不同人员关注不同的信息。同时各级数据可自上而下进行追溯。总体架系统分为4个层次实现：应用层、服务层、设备驱动层、数据层，每应用层负责与使用者进行交互，它负责将使用者所需数据以直观、合理的方式按照使用者的需要展现给使用者，并记入使用者的输入信息或操作指令，以传递给服务层进行处理；即将系统希望发送给设备的信息组织成设备能识别的格式并传送给设备。系统整体设计方案采用SOA（面向服务架构）设计思想，自下而上提供应用服务。下层应用不需关心上层应用的逻辑，只需提供本层应用的数据接口，所有交互由上层应用发起。采用SOA为系统的分层应用提供很好的扩展性，也为本系统外的其他应用提供了不同级别的数据服务和功能接口。平台的应用是数据分类处理与分层应用，解决不同设备监测数据及应用的差异化需求，具体包括：实时数据与应用、周期采样数据与应用、事件数据与应用。监测数据分层应用架构如下图1.应用架构分类三类数据与应用基本都包括分类、分类、分类处理、分层应用四部分。实时数据与设备驱动层通过设备进行状态数据的实时性，的实时数据进行分类后最后通过实时应用服务向运行人员提供状态，告警处理、实时数据显示等应用服务。周期采样数据与应设备驱动层通过设备进行运行数据的周期性，的周期采样数据进行分类后，然后进行格式化规约处理，最后通过运行分析应用服务向技术管理人员和提供运行分析、健康预测、评估、、报表分析等服务。事件数据与，的事件数据进行分类和解析处理后，最后通过诊断应用服务向检修人员提供诊断、查看事件历史等服务。系统组网设计如下，组网架构主要包括平台、监测备、通讯设备、以及各系统/设备的连接方式。所有设备统一接入INTERNET，对于没有提供RJ45接口的设备，使用RS485/232→TCP/IP转换器适配接入。平台和数据库集中部署于监动层通过INTERNET各设备的监测信息并发送控制指令，各工作人员在PC机上通过INTERNET本平台。由于平台的不同层（应用层、服务层、设备驱动层）或服务层中的不同服务均支持分布式的部署，因此，当由于设备太多而使得平台服务器性能使用要求时可以将它们重新组合部署，尽可能地增加系统的可扩展性，最大程度的保护业主的投资。三个监测层次，分别是电站的整体运行监测、设备群监测、单设备监测。电站运行监行情况、关注度高的数据、整体告警信息等。总体的设备运行情况包括处于各种状态（运行、关机、故障等）关注度高的数据包括：逆变器的部分运行状态（如当前的实时总功率巡日系统当前整体的位置（整置的计算方式：假如接入系统中的巡日装置有10098本处于同一位置，另有2处于其它位置，那么取98件的位置作为当前的整置）。整体告警信息包括告警的来源（设备原生、系统判断）以及告警的产生时间等信息；设备群（或单一设备）的运行总体状况电站运行监测的界面以图形、表格加文字说明的形式直观体现类似如下（显示的设备 在运行时将使用真实的 替换）：直观的图形显示方式包括：趋势图、饼图、直方图、等。下图是 的展示形式：设备群监设备群监测指同时一群设备，群的划分方式较为灵活，可以是某个种类的设备，如将所有的逆变器划分为一个群，也可以是某个品牌的某种设备，如将所有SMA的逆变器划分为一个群。数据以及群中所有设备的告警数据。趋势图、饼图、直方图、、表格、文字等。单设备监该设备当前的状态、该设备所有的运行参数以及所有的衍生参数、该单设备监测界面的示意图如控控制菜单。选择或输入的控制内容后，指令将立即传递给需控制的设备，基本可以达到实时控制。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功能。告式包括：A、界面集中告B、告的真伪，亦能忽略维修中的设备的告警，同时还可以通过系统自身的判断来识别出设备本身未能发现的告警。在所有的监测界面，都可接收、展示设备的告警信息，对应于三在设备群监测界面可接收、展示这一群设备的所有的告警，在单设备监测界面，可接收、展示这一设备的所有的告警信息。图标的显示，并且在设备右下脚将出现一个不停闪烁的警铃，并发出警报。示意图如下如果开启告警，一旦有告警产生，关联的即可马上接收到。关联的 可以设置一个或多个。告警通知同系统进行紧密结合，当告警详细信息展示界面，系统能自动定位到对应的设备来显示其图像信息。6.1.4.功能能够展示实时的内容，从而实现“遥视”。视频可以单独使用，即选择某个设备后，展示选定设备传输过来的影像；同时，亦和运行监测、警报通知进行紧密结合，在单设备监测界面和警报通知信息的查看界面，亦同时显示该设备的实时影像。还可控制设备，从而实现拍摄方向的调整、视频的放大、缩小。析、专家分析。将两台逆变器的日发电量进行对比发现，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。够无缝集成这些诊断工具，并能为其提供其诊断所需要数据，并将结果以直观的方式展示给使用者。当然，除了以上提到的两种故障分析功能外，系统还能提供故障（故障录波维修的周期。综合查询功能为使用者提供各种数据的自定义查询，可查询的信息包括系统中所有的数据，查询的条件使用可以方便的选择和自还可以表格+图形的方式综合显示。统计报表功能可为管理人员提供必要的报表，根据报表的不同，系统自动按照报表的功能及需要，按照日、月、季、年等方式提供不或者通过连接的进行打印，打印出的格式和内容与看到的格式和内容完全一致。了设备台帐管理的信息化。除了设备本身的信息外，使用者还可以为设备进行标识（编号），以帮助使用者在各种设备展示界面中能够方便地定位到识别设备。改、删除系统用户，能够定义每个用户的角色，亦能为每个用户或每种角色分配系统各种功能的使用权系统所有的设备信息均通过状态管理进行处理，设备状态包括设备的运行状况、设备的各种参数的获取。对不同的设备，有不同的状态处理过程，既有系统循环发送请求再由设备报送的，也有设备自动报送的。持，从而为系统中的各项处理提供相应的依据，比如说，给用户发送一个控制指令时，首先由状态管理判断该设备目前所处的状态，一旦设备处于不适宜控制的时候，系统将立即停止控制指令的发送，并反馈给操作者并记录在系统中。包括与状态管理交互，了解待控制设备是否处于适宜控制状态；与排他管理交互，通知排他管理锁定或定某个设备等。过程中，系统还没有收到设备的控制反馈前，系统应不能对该设备进行任何操作。警报识别用于识别设备的所有告警。它可以通过解析设备的报文现设备没有报送或者设备本身无法识别的，包括阈值告警和变率告警。告警；统自动发出的告警。不同，任务也分为单次任务、批次任务和循环任务。单次任务只执行一次即系统运行过程中永不结束，它通过设定的循环间隔定时执行。功能被保存。在需要审计或分析问题时，日志将会提供很多的帮助。电站内的各种设备，除系统以外，其他设备均采用规约的方式进行数据交互。对于诸多的设备和各种通信方式，如果对每一类设备单独开发模块已经不适合（开发的工作量将及其巨大，且不能支持新增加的设备），也不利于把这些设备的数据进行汇总和统计。通过在本系统内装载智能设备适配器，可以方便的接入各种现有ADP和设备规约库动态接入各种设备通过数据实时分析对告警数据和特征值进行挖掘，过滤变化不大和重复的数据，保证的有效性；通过变频机制动态根据情况和告警发生情况变化频率，做到故障数据“录波”；通过互动式对特定情况发生时（如收到告警信号、值超过限值、变化率过大等），自动其他指标信号，任务智能变化。下图为智能信号的系统结构图：图：智能信号总体架系统的实现方法为过设备plugin入各种类型设备备ADPplugin的信号，从规约库中查找特定的规约，备ADP排他管理模块传入的任务执行命令，从规约库中查找规约进行消息封装，通过设备plugin发出报文。④设备ADP（超时或通信中断给设备ADP发送数据发送失败消息。⑤状态管理模块从设备ADP处接收到数据判断该数据是否超过设定的阀值，若超过阀值则根据定义的告警等级生成数据告警，发送给警报管理模块。查看配置文件以确定是否对该数据进行缓存分析，若不进行缓存，则直接保存该数据于硬盘上。若需要对该数据进行分析，则保存该数据于内存中。待达到设定的时间窗时刻时，分析缓存中数据，若缓存中该类数据变化率超过设定值，则保存所有该类缓存数据生成数据变化超限事件通知任务管理模块变更策略；若数据变化率在设定范围内，则根据配置规则挖掘该缓存的一条数据（最大、最小、平均、概率值等）间窗。态管理模块从设备ADP到数据发送失败消息，则生成通信故障⑦状态管理模块从设备ADP收到规约和产生的发送给 进行告警通知⑨任务管理模块采用多线程任务调度，任务配置文件对任务进行配（任务执行方式：手动、自动、事件触发，任务的先后执行顺序）对待执行任务设置执行任务队列，对排他管理服务的任务设置等他管理模块。⑩ADP设备忙，则给任务管理模块回复设备忙的消息。统一集控平台系统接入所有的光伏电站设备和系统包括坚强的分层式部署架构平台采用SOA为服务，利用WebService合和交互形成全面完整的系统应用。各服务间各自独立，分层部署，完全松耦合，各服务可独立升级和，不影响其他功能的应用。通过服务管理对各服务进行，通过服务调用流程CallFlow动态控制业务逻辑，形成各种应用。采用设备ADP和设备规约库的智能数据采样体系电站设备种类和型号各异，各设备的通口和协议也都有差别，即便是同种设备也由于厂商、型号的不同而不同。针对这种情况，对每个设备进行单独开（ADP式（智能设备适配器）实现智能。设备ADP对接，支持不同的接口类型（RS232，RS485，网络接口等），并在物理层实现消息路由功能，提供数据透传。协议层对物理层上送的数据进行规约匹配和解析，解