光伏发电的实时监控与信息采集系统典型设计方案

分布式光伏发电的

实时监控与信息采集系统

典型设计方案

南京南瑞继保工程技术有限公司

二。。九年十二月

目录

1.总则.........................................................................4

1.1.总体要求.................................................................4

1.2.监控方法与监控参量分析...................................................5

1.3.信息采集原贝II..........................................................................................................................6

1.4.控制操作方式.............................................................6

1.5.测量参数的选取与处理.....................................................6

2.通信方式.....................................................................8

2.1.光纤通讯系统.............................................................8

2.1.1.双纤自愈环网............................................................8

2.1.2.光纤以太网..............................................................9

2.2.电力载波通信方式.........................................................9

2.3.无线通信方式............................................................10

2.4.混合通信方式............................................................10

3.通信技术规范................................................................11

3.1.正常运行信号............................................................11

3.2.故障信息................................................................11

4.系统组成.....................................................................12

5.系统配置和硬件要求..........................................................13

5.1.计算机系统..............................................................13

5.2.测控装置................................................................15

5.2.1.基本要求...............................................................15

5.2.2.电源要求................................................................16

5.2.3.交流模拟量..............................................................16

5.2.4.直流模拟量.............................................................16

5.2.5.状态量（包括BCD码）..................................................16

5.2.6.遥控输出................................................................16

5.3.网络设备................................................................17

5.4.屏柜....................................................................17

6.监控后台软件功能............................................................18

6.1.软件总体要求............................................................18

6.1.1.可靠性要求.............................................................18

6.1.2.开放性要求.............................................................18

6.1.3.可维护性要求...........................................................18

6.1.4.安全性要求......................................................19

6.2.软件结构................................................................19

6.2.1.系统软件...............................................................19

6.2.2.应用层,.................................................................20

6.3.光伏发电监控中心系统平台功能............................................20

6.3.1.系统平台...............................................................20

6.3.2.软件开发功能...........................................................31

6.4.监控系统实时监控功能....................................................31

6.4.1.数据采集...............................................................32

6.4.2.数据处理...............................................................32

6.4.3.控制功能...............................................................35

6.4.4.人机界面功能...........................................................36

6.4.5.图形编辑功能...........................................................45

6.4.6.事件及事故报警处理....................................................47

6.4.7.安全子系统.............................................................48

6.4.8.系统的设备管理、监视功能..............................................48

6.4.9.报表功能...............................................................49

6.4.10.系统和数据的备份......................................................50

6.4.11.与其他系统的数据交换及接口功能........................................50

1.总则

1.1.总体要求

随着新能源在国内市场的大规模开发和利用，光伏发电技术已经逐步趋于成

熟和完善，如何对光伏电站实现高效的实时监控，满足光伏发电入网的需求，提

供电网的稳定性和可靠性，是摆在我们每一个人面前急需解决的问题，需要建立

一套广泛的信息规范和通信标准，以适应电网监控和自动化的要求。光伏发电的

实时监控与信息采集系统应遵循安全可靠、技术先进适度超前、经济合理、符合

国情的原则，满足电力系统自动化总体规划要求，且充分考虑光伏发电技术的发

展需求。

当不可再生资源面临日趋加剧的枯竭态势时，人类能源利用的目标立刻转

移到了可再生资源，在众多的可再生资源中，太阳能由于洁净、环保，能量分布

较为广泛而引起了人们利用太阳能的较大兴趣。但在利用太阳能的过程中，人们

也尝到了许多难以承负之苦，其中极高的价格成本问题是首当其中。解决价格成

本问题的有效途径之一就是提高光伏系统的运行维护水平，延长系统使用寿命。

为延长系统寿命，就必须增加监控系统，增加监控参量，提高监控量管理水平。

对于电网而言，随着分布式发电功率的越来越大，分布式发电对电网的影

响也逐渐增大，对于分布式光伏发电的指标要求不能仅仅局限于电压、电流、功

率因数、孤岛、谐波、闪变、短路能力等传统的规定，还必须将分布式光伏发电

装置纳入整体电网的潮流中来考察和管理。

对于分布式光伏发电系统的并网，国际上已经有了很多的标准，我国的标

准主要分散在-一些国家标准里，现在也正在制订一些专用的标准。大多数传统的

标准只对电站的交流参数提出被动要求，也就是说电网还没有对电站进行主动调

度和控制，只是对电压和电流的谐波、电压和频率偏差、电压波动和闪变、直流

分量和功率因数等参数提出规范要求。

电压偏差：光伏电站接人电网后，公共连接点的电压偏差应满足GB/T12325

—2008《电能质量供电电压偏差》的规定。

电压波动和闪变：光伏电站接入电网后，公共连接点处的电压波动和闪变

应满足GB/T12326—2008《电能质量电压波动和闪变》的规定。

电压不平衡度：光伏电站接入电网后，公共连接点的三相电压不平衡度应

不超过GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值，公共连接点

的负序电压不平衡度应不超过2%,短时不得超过4%；其中由光伏电站引起的负

序电压不平衡度应不超过L3%,短时不超过2.6%。

直流分量：光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不应超过其

交流额定值的0.5%o

孤岛检测：目前国内尚未出台专门的孤岛检测标准与方法。目前欧美国家

对孤岛的检测研究较为广泛和深入，一般要求必须同时具备主动式和被动式两种

防护措施，例如主动防孤岛效应保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功

功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等；被动防孤岛效应保护方式主要有电压

相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等。虽然目前国际国内提出了多种防

护孤岛的方法，但是如何有效地模拟出负载匹配的环境进行测试一直没有统一的

标准，其中应用较为广泛的标准有IEEE1547、VDE0126TT和IEC62116,但它

们的试验条件和要求各有不同，给测试与理解带来了困难，特别是对于大型光伏

电站的几个兆瓦乃至数十兆瓦的容量，想进行现场孤岛测试几乎是不可能的，这

也是未来相关标准出台和实施的一个难点。

随着光伏电站的规模越来越大（几十乃至上百兆瓦级），电网对光伏电站提

出了更高的要求。不单是被动的电能质量要求，还有主动的对电站进行调度和管

理的要求，监控内容主要集中在低电压穿越、无功补偿、有功功率降额、远程控

制功率等方面，其主要目的是将分布式电站集成进电网的调度管理系统以及在电

网波动或故障时提高对分布式电站的可控性。

对于有功功率调节的要求，其主要目的有两点：一个根据实时的发电，负

载需求来对光伏电站进行动态管理，以完成调峰等电网控制功能；二是在电网故

障时保证电力系统稳定性。

对于无功功率进行调节的原因在于：很多时候电网中的负载需要吸收无功

功率，一般情况下需要通过专门的无功功率补偿装置（SVR）来进行被动调节，现

在可以通过并网电站的功率因数控制功能，主动向电网中补偿无功，可以减少对

SVR的依赖和投入，并且在电网故障时可以保障电网的稳定性与可靠性。

低电压穿越功能一开始是对大型风力发电系统的要求，现在逐渐成为对光

伏电站的要求。在几年以前，当电网（故障或其它特殊情况）电压波动明显时，要

求光伏并网电站立即停止工作；但随着光伏电站的规模增大和开始承担一定本地

负载的事实，人们发现，如果电网故障而光伏电站立即停止工作，可能会反过来

加重故障程度，影响向负载及时供电和推迟电网恢复时间，因此需要对光伏电站

的低电压穿越要求，避免在电网电压异常时脱离。

综上所述，未来光伏电站接入电网的核心要求就是光伏电站接受电网调度、

实时监控以及参与电网管理，也就是“分散发电，独立接入，综合调度”，这样

才能提高电网运行的可靠性和电网调度的灵活性。

1.2.监控方法与监控参量分析

实际中，光伏系统应用的决定性因素是成本和效率，从这两方面切入，光伏

监控系统的主要监控参量包括：系统工作环境气象参数，主要有温度、太阳辐射

强度、风速及灾害性天气预测等，这些物理量都可以通过相应的传感器形成标准

的4—20mA或1一5V的电信号；其次是太阳能电池板工作电压和电流，这两个量可

利用直流电量采集模块采集，从而达到对这两个量实时跟踪，使系统始终运行于

最大输出功率；第三个方面的监控参量是蓄电池工作状态和负载实时负荷量监

测，蓄电池工作状态主要是实时剩余电量、工作电压和电流的监控。系统负荷针

对交直流负载情况分别采用交直流电量智能模块实现监测。这些数据通过传感器

或智能模块进行采集，采用统一应用支撑平台进行数据处理，实现计算机监控系

统自动监视和控制。

光伏发电站的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用

电及其辅助设备、保护信号和各种装置状态信号也都归入计算机监控系统的监视

范围。对所有的断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸、主变有载调压开关等实

现远方控制。主站通过通信信道采集并处理继电保护的状态信息、动作报告、故

障录波等相关信息。

1.3.信息采集原则

分布式光伏发电实时监控和信息采集系统主要采集光伏变电站内所有的遥

信和遥测信息，并进行相应的控制操作。厂站内所有的断路器、隔离开关、接地

刀闸、变压器、电容器、交直流站用电及其辅助设备、保护信号和各种装置状态

信号都归入计算机监控系统的监视范围。对所有的断路器、电动隔离开关、电动

接地刀闸等实现远方控制。

采集并处理继电保护的状态信息、动作报告、故障录波等相关信息。遥测信

息的采集应保持与保护装置的相对独立，站内所有的断路器、隔离开关、接地刀

闸、变压器、电容器、交直流站用电等一次设备的运行状态均直接由测控单元采

集。凡涉及控制一次设备的位置信号应按双态采集。

继电保护信息可通过通信方式采集。电能量信息可从电能计费系统采集。站

内智能设备（直流系统、UPS系统、安全稳定控制系统等）的运行状态信息通过

通信方式采集。

1.4.控制操作方式

断路器、电动刀闸、变压器分接头的控制操作方式具有手动控制和自动控制

两种方式，操作遵守唯一性原则。控制可分为：主站端操作、站控端操作、间隔

层操作、就地设备层操作。当执行某一控制操作时，其它操作均处于闭锁状态。

1.5.测量参数的选取与处理

在系统监测中，一般采用3个等级的标准：普通级监测、系统级监测和专业

技术级监测。

普通级性能监测是测量系统的输出特性的，其主要的测量参数是系统的输入

输出，而不是系统的内部工作状况。这种监测系统用来检测系统是否正在运行、

供电参数是否合理等。这种监测没有提供更多的辅助功能（如故障诊断），并且

不能根据设计说明书确定某一具体组件是否正在运行。

系统级监测除具有普通级别具有的功能外，还进行系统内部测量。系统级监

测包括系统内部的直流系统的电压、电流的监测和交流系统的电压、电流的监测;

并且可总体上了解系统内部的能量流动。系统级监测可以在宏观上了解组件性

能，并提供系统组件的故障诊断，不仅可以对系统设计进行评价，甚至可以对组

件的效率进行评价。

专门技术监测级别的测量用于科研上，通过它可以了解系统的运行情况和实

时的能量流动。通过采集的数据可监测组件效率，也可确定特定组件的运行特性。

可是在高频下采集数据!由于数据聚合得很快，因此无法对系统总体运行参数进

行非经常性分析。这个级别的监测应用在对系统参数和组件进行详细地分析上。

对于PV系统的一般性监测，采用普通级监测即可一；要想对系统进行全面、正

确和客观的评价，系统级监测则可以满足这一要求；如果需要更为详尽的数据，

则应达到专门技术监测级别。

采集的参数如下：

一、环境参数

1、辐照度

水平面的太阳总辐照度G,W/m2；

系统阵列表面的太阳辐照度G,W/m\

2、温度

室外温度T,℃；

光伏组件温度T,°C；

蓄电池温度T,℃

二、电流参数

1、直流参数

光伏阵列的输出电压U,V；电流I,A；

蓄电池电压U,V；电流I,A；

逆变器输入电压U,V；电流I,A；

直流负载的输入电压U,V；电流I,Ao

2、交流参数

逆变器输出电压U,V；电流I,Ao

在采集过程中，测量的次数很多，并且在大多数远程系统中，不可能长时间

记录所有的信息。为了减少数据测量的次数，一般要对数据进行处理。

2.通信方式

分布式光伏发电一般通过配电网接入电力系统，配电自动化系统需要对光伏

发电进行监控和管理，以保证电网的安全可靠运行。配电自动化系统与分布式光

伏发电系统的通信方式可以有多种类型。主要取决于城市中心、市区、郊区、农

电等不同的地理位置，也取决于配电网自动化的规模和预期达到的自动化水平。

通信介质也分多种，包括：光纤、专线、载波、无线等方式。光纤通信具有高速、

可靠、抗干扰等特点，是城市中心、市区配电网自动化首选的一种通信方式。随

着光纤通信技术的不断发展，其性能价格比也比较适中。无线方式通信实施比较

方便，布置灵活，但可能会有干扰。载波通信方式比较适合农电及远距离线路，

价格也比较便宜。专线通信方式架设成本比较高，通信质量较好，维护成本也很

高。

2.1.光纤通讯系统

光纤通信具有较好的抗干扰能力，通信容量大、频带宽、误码率低、传输速

率高。对于地下电力电缆配电网，光缆可以很方便地与电力电缆同沟铺设，投资

不高，对于架空线也可利用电力部门所特有的设施，把光纤布设于钢绞线上。为

保证通信可靠，最好有工作与备用双套光缆系统。

分布式光伏实时监控与信息采集系统可以根据通信距离的长短，光端设备与

自动化开关（或其他自动化设备如重合器、环网柜）设备间的距离远近，传输损

耗的允许范围，可以选择单模光纤，也可以使用多模光纤。

光端机有多种型式：简单MODEM模式，收发器模式，和智能自愈式收发器。

后者比较先进，光缆出故障时，智能化收发器可以自选路由，故障消失后自动恢

复，还有多个（4个）数据口，可供其它通信，例如远方读表等使用。

2.1.1.双纤自愈环网

利用光端调制解调器，有多种组网方式，一般有点对点、主从结构、星型结

构和双纤自环等。其中双光纤自愈环网优点突出，是系统可靠性最高的组往方式,

成为最佳选择方案。以下做简单介绍：

该模式主要由具有自检功能，二发二收的光端机和二芯光纤组成。自愈型光

端设备主要包括光/电转换的信号收发器及处理自愈功能的切换控制器组成。其

模型图如下：

主用光纤主用光纤

----------

”.........：主备切换控制器►

备用光纤

t-------------------------备用光纤

由具有自检功能的光端设备组成的一主一备双纤环网。环路中任•光端机都

可以作为主站，其他各点作为子站。假设某一光端机设备或某处光纤断裂其相邻

的两个光端机的主备通道自动回环，不会丢失来自主站或子站的数据，保证了主

站的各个子站之间通信的畅通，确保通信的高可靠性。

2.1.2.光纤以太网

随着网络技术的和光纤通讯技术的不断发展，现在出现了一种新型的光纤以

太网通讯结构。利用以太网的冲突检测机制，通讯的时效性大大增强，系统的实

时性得到了提高。目前已经有100M和10M两种。另外，它采用分层体系结构,

结构清晰。随着技术的不断发展和成熟，这种光纤以太网也将在配网自动化系统

中得到一些较为成熟的应用。

2.2.电力载波通信方式

电力线载波通信原理是在发送端将信息调制为高频信号，并通过耦合器耦合

至输电线路，利用输电线路作为传输媒介传送到接收端，接收端通过耦合器将载

波从强电电流中分离出来，然后解调出信息并传送到计算机或其他终端上，以实现

信息传输。

利用电力线载波通信的优点是可以大量减少投资和线路的维护成本，但须提

高载波通信的信息传输速率、降低误码率，实现信息传输网络化等。电力载波通

信方式主要采用线型网络和星型网络两种。

(1)线型网络

这种网络实际是由各站点依次并接成。优点是可以组成一点对点载波通信方

式，这种方式主要应用于一条母线多种采集信号的情况。

(2)星型网络

这种网络实际是点对点结构的组合，优点是结构简单、维护方便、可靠性高,

可以组成一点对!点载波通信网。

载波通信的缺点是速率较慢，一般为2400〜4800b/s。但是可适用于配电站

数据量较少的情况下。载波通信不是一种性能最优的通信方式，但却是最适合配

网自动化系统分支部分的一种通信方式。

2.3.无线通信方式

由于光伏发电点多、面广，线路接线复杂且变化频繁，给通信系统建设带来

很大困难。现有的通信手段如有线通信、无线扩频通信、载波通信等由于地理位

置、可靠性以及计费方式等的限制均不能很好满足系统的要求。光纤通信是目前

最好的通信手段，但由于其高昂的造价限制了其应用，而且不适应线路经常改造

变动的需要。因此，通信问题成了目前制约光伏发电监控与信息采集系统发展的

瓶颈。随着新一代移动通信业务的产生和全面投入，无线移动数据通信的应用也

越来越广泛。

目前用的比较多的是GPRS/CDMA技术，下面主要按GPRS方式说明.

GPRS通信具有高速数据传输和永远在线特点，配合按流量收费的资费方式，使

GPRS通信在配电网自动化控制中的应用具有无可比拟的性价比优势。

1、Internet接入方式

将各光伏发电监测点通过GPRS—MODEM数据接人单元，接人基站，连至

GPRS网络，由GGSN（GPRs网关支持节点）网关汇集,经过移动公司内部防火墙、

路由器与Internet网互联。而电力公司的配电网自动化管理中心也通过公司本身

的路由器与Intemet网互联，使得汇集后的配电网自动化数据，通过GRE隧道，

沟通配电网自动化管理中心，实现信息的交互埋

2、专线接入方式

各光伏发电监测信息点通过GSM基站，接入GPRS网络，由GGSN网关汇

集后，经过移动互联网的防火墙、路由器，再通过电力公司与移动公司的DDN

专线，接至电力公司配电网自动化管理中心。3J

3直接接入方式

各光伏发电监测信息点通过GSM基站，连接进入GPRS网络，由GGSN网

关汇集，通过路由器及电力公司与移动公司间的DDN专线接至电力公司的配电

网自动化管理中心

4通过数据单元接入方式

配电管理中心前置机（含协议转换器）通过GPRS—MODEM和GPRS网相连,

而各配电监测点均通过GPRS—MODEM数据接入单元接至GPRS网络，这样，

通过各自的GPRS—MODEM数据接入单元及GPRS网络，各光伏发电监测点均

可实现与配电网自动化管理中心的信息交换。

2.4.混合通信方式

为了以较经济的方式全面满足配电网自动化的要求，通常需要根据光伏发电

各位置的具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，即混合通信方式。混合

通信系统的优点在于能够为每条信道提供最合适的通信方式。由于光伏发电系统

的发展，站端设备数量非常多，会大大增加通信系统的建设复杂性，从目前成熟

的通信方式看，没有一种方式能够单独满足既便宜又合理的要求。一般采用混合

通信方式，信息量大的通路采用光纤通信，不方便施工或距离太长的情况下可以

采用无线方式，其它情况还可以采用载波通信方式。混合通信方式不但节约投资

而且性能先进可靠。

3.通信技术规范

对各种通信方式进行综合讨论，结合配电网自动化系统的通道需求，按技术

适度超前的原则确定配电网内分布式光伏电源的通信方式，提出380V和10kV两种

并网方式的通信技术指标类别与要求，编制配电网内分布式光伏电源的通信技术

指标规范。

大型和中型光伏电站必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力。并

网双方的通信系统应以满足电网安全经济运行对电力通信业务的要求为前提，满

足继电保护、安全自动装置、调度自动化及配电自动化等业务对电力通信的要求。

光伏电站与电网调度主站之间通信方式和信息传输一般采用四种传输方式：

光纤、专线、载波和无线通信方式。通信规约可采用基于IEC-60870-5-101和

IEC-60870-5-104通信协议。采集的信息包括：

3.1.正常运行信号

在正常运行情况下，光伏电站向电网调度主站提供的信号至少应当包括：

1）光伏电站并网状态、辐照度；

2）光伏电站有功和无功输出、发电量、功率因数；

3）并网点的电压和频率、注入电力系统的电流；

4）变压器分接头档位、主断路器开关状态等。

3.2.故障信息

为了分析光伏电站事故和安全自动装置在事故过程中的动作情况，使电网调

度中心能全面、准确、实时地了解系统事故过程中继电保护装置的动作行为，在

大型光伏电站中应装设专用故障录波装置。故障录波装置应记录故障前10秒到

故障后60秒的情况。故障录波装置应该包括必要数量的通道。

光伏电站故障动态过程记录系统大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃、

电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的

动作行为。

光伏电站并网点交流电压、电流信号需要接入光伏电站的故障录波装置。保

护动作信号、电能质量监测装置触发输出信号可接入故障录波装置的外部触发节

点。

4.系统组成

（1）数据采集

♦电压传感器

电压传感器用于采集光伏阵列的输出电压、蓄电池电压、逆变器输入电压、

直流负载的输入电压。采用电磁调制型隔离原理，有效克服直流漂移。

♦电流传感器

电流传感器用于采集光伏阵列的输出电流、蓄电池电流、逆变器输入电流、

直流负载的输入电流，。

♦智能传感器

智能传感器用于采集逆变器的输出电压、电流、有功功率（电度）、无功功

率（电度）、功率因数。

♦温度传感器和调理板

温度传感器和调理板用于采集室外、光伏组件和蓄电池的温度。

♦辐照计

辐照计用于测量水平面的太阳总辐照度和光伏阵列表面的辐照度。由现场数

据采集就是利用智能模块将现场需要上传的信息进行转换，然后进行传输。

（2）计算机部分

计算机部分是整个监测系统的核心，从传感器采集得到的信息量将全部送至

该部分进行数据处理和显示。

软件部分是实现采集数据处理和显示的,提供了强大的图形界面，显示画面

生动，一目了然。

（3）补偿措施

在采集室外温度和光伏组件温度时，由于传感线过长而带来附加阻抗，虽然

通过调理板补偿了很大一部分，但仍有一些阻抗未能完全补偿掉，因此采用软件

补偿的方法来进一步调节

5.系统配置和硬件要求

5.1.计算机系统

包括主机、操作员及各种工作站、远动通信装置、网络交换机、打印设备、

不停电电源（UPS）、GPS对时设备等。

a）主机

1）具有主处理器及服务器的功能，是数据收集、处理、存储及发送的

中心，管理和显示有关的运行信息，供运行人员对厂站的运行情况

进行监视和控制，间隔层设备工作方式的选择，实现各种工况下的

操作闭锁逻辑等。

2）主机采用两机配置原则，两台主机互为热备用工作方式。当一台主

机故障时，另一台主机可执行全部功能，实现无扰动切换。在规模

较小的厂站监控系统中主机可兼做操作员站。

3）主要技术性能：

主频：21.6GHz

内存：21GB

硬盘：2140GB

网卡：（100/1000）Mbps自适应双网卡

显示器：分辨率21280X1024

b）各种工作站

1）工作站是自动化系统的主要人机界面，根据现场需求可配置操作员

工作站、工程师工作站、保护工作站等。

2）操作员工作站用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查

询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下

达等。通过操作员站，运行值班人员能够实现全站设备的运行监视

和操作控制。

3）工程师工作站供管理人员进行系统维护用，可完成数据库定义、系

统参数配置、报表制作、以及网络维护和系统诊断等工作。

4）保护工作站在电网正常运行或故障时，采集、处理保护相关信息，

并充分利用这些信息，为继电保护设备的运行和管理服务，为分析、

处理电网故障提供技术支持。

5）主要技术性能：

主频：21.6GHz

内存：21GB

硬盘：273GB

网卡：（100/1000）Mbps自适应双网卡

显示器：分辨率21280X1024

c）远动通信装置

1）收集全站测控装置、保护装置等设备的数据，以各远动规约，通过

模拟通道、数字通道或网络上传至各级调度中心/集控站，并将调度

中心/集控站下发的遥控、遥调命令向厂站间隔层设备转发。

2）远动通信装置满足信息直采直送的要求，采用嵌入式系统，无硬盘、

风扇等转动部件。装置应配置液晶显示面板，用户可查询显示基本

运行情况和远动信息。

3）远动通信装置可采用双机配置，并支持多种工作方式，如主备方式、

双主方式等，可根据用户需求配置。主备双机运行时，每台远动通

信装置都能独立执行各项功能，当一台通信装置故障时，系统实现

双机无缝自动切换，由另一台通信装置执行全部功能。

4）性能：

——远动装置在故障、重启及切换的过程中不会引起误操作及数据

重发、误发、漏发。

——远动装置具备与调度中心和站内GPS系统对时的功能。

——采用模块化结构，便于维护和扩展。

——网络通信接口支持RJ45的（10/100）Mbps网络接口。

——串口速率为（300〜64000）bps。

——可根据工程需要定制远动通信规约。

d）GPS对时系统

为故障录波装置、微机保护装置、测控装置、计算机设备等提供统一时

间基准的系统。

配置要求：

1）可采用单机或双机配置。双机配置时采用互为热备用工作方式，双

机都能独立执行各项功能。当一台装置故障时，提供报警输出的空

接点，系统实现双机无缝自动切换，由另一台装置完成标准时间接

受和监控系统时间同步功能。

2）提供各种扩展接口输出秒脉冲、分脉冲、IRIG-B码、串口对时报

文以及网络对时报文等对时信号，并具有内部守时功能。

3）各小室可配置GPS对时接口扩展装置。

4）各小室之间的时间同步系统采用光纤通道交换信息。

5）GPS对时系统采用直流或交流供电。

6）具有液晶或LED显示面板，可显示年/月/日/时/分/秒和卫星锁定

情况，可通过面板按钮进行参数和程序设置。

e）规约转化装置

1）具备规约转换功能，具有厂站常用的各种保护、智能设备规约库。

2）通信接口支持：RS232、RS422/485,以太网RJ45。

3）智能接口设备通过RS—232、RS-422或RS—485等串口方式实现

与智能设备之间的信息交换，经过规约转换和数据处理后,，通过以

太网网络接口传送至监控系统。

4）智能接口设备按小室布置，容量及接口需满足本期所有设备的接入,

并留有一定的裕度。

f）打印输出

打印机用于打印事件、报警信号、报表等。

g）音响报警装置

用以音响报警，音量可调。

h）网络通讯设备

采用工业级以太网交换机，冗余双网配置，通信速率大于等于100Mbps,

直流供电。

52测控装置

5.2.1.基本要求

/采用模块化、标准化的结构，易维护和更换方便；任何一个模块发生故

障，不影响其它模块的正常运行。

/在接点抖动（单点防抖时间可设置）和存在外部干扰的情况下不误发信

号。

/具备断路器合闸同期检测功能和“捕捉”同期功能，PT二次回路断线时,

不会造成非同期合闸。

/间隔层设备的联锁功能不依赖于站控层设备，当站控层设备发生故障而

停运时，不会影响间隔层设备的正常联锁功能。

/能实时反映本间隔一次设备的分、合状态，在装置的液晶界面上可显示

本间隔的接线图。

/测控装置之间能互相通信，实现状态信息共享。

/测控装置可记录SOE事件和各种操作信息，供用户查询。

/一次设备处于检修状态下，测控装置的所有信息不上送监控后台及各级

调度主站。

/具有手动/自动遥信、遥测模拟测试功能。

/支持GPS信号对时。

5.2.2,电源要求

/交流电源电压：单相220V,允许偏差T5%~+10%。

/交流电源频率：50Hz或60Hz,允许偏差±5%。

/交流电源波形：正弦波，谐波含量小于5%。

/直流电源电压：110V、125V、220V、250V,允许偏差-20%~+15%。

/直流电源电压纹波系数小于15%。

5.2.3.交流模拟量

交流工频信号采用交流采样方式。

/额定交流输入：电流，电压，频率

/允许基本误差极限

一I、U不大于0.2%；

—P、Q、Cos①不大于0.5%；

一工频频率不大于O.OlHzo

以上各项误差的基准值为额定值。

/功率消耗

工频交流电量每一电流输入回路的功率消耗小于0.75VA,每一电压输入

回路的功率消耗小于。装置整机正常运行功率小于

0.5VA25Wo

5.2.4.直流模拟量

非电气量信号采用直流采样。

/模拟量输入：0V〜5V、0V〜10V、1V-5V、4mA〜20mA、0mA〜10mA、

0V-220Vo

/直流模拟量输入总误差不大于0.2%。

5.2.5.状态量（包括BCD码）

“输入回路采用光电隔离。

/闭合对应二进制码“1”，断开对应二进制码“0”。

/事件顺序记录站内分辨率W2ms。

/状态量电压开入值DC110V或DC220V。

5.2.6.遥控输出

遥控输出额定电压250VAe/DC,接通电流8A。

53网络设备

/网络设备包括网络的通信介质、通信接口、网络交换机、路由器等。

/网络介质可采用超五类以上屏蔽双绞线或光纤。

5.4.屏柜

/柜内所安装的元器件均有型式试验报告和合格证。屏柜包括所有安装在

屏上的插件、插箱及单个组件，满足防震要求。插件、插箱有明显的接

地标志。所有元器件和布线排列整齐，层次分明，便于运行、调试、维

修和拆装。

/柜体下方应设有接地铜排和接地端子，屏间铜排应方便互连。

/柜体防护等级IP30级，选用高强度钢组合结构，无风扇散热，保证柜内

温度低于45℃。

/所有电流端子的额定值为1000V>10A,压接型端子。电流回路的端子

能接入不小于4mm2的电缆芯线。CT、PT的二次回路提供标准的试验

端子，便于断开或短接各装置的输入与输出回路。端子排间有足够的绝

缘，端子排根据间隔和功能（模拟量、开关量输入、开关量输出、电源、

通讯和时间同步等）分段排列（由端子头隔开），并留有10%〜15%的

备用端子。直流电源的正负极和交流电源的输入端子布置在不相邻的端

子上。

/屏柜须有足够的支撑强度，提供说明书，以保证能够正确起吊、运输、

存放和安装设备，且提供地脚螺栓孔。

/屏上的所有设备均有铭牌或标签框，便于识别。

/屏上的所有设备单元分别配置独立的电源空气开关。

/测控装置的工作电源与遥信电源分开。

/PT回路有快速空气开关保护回路；CT回路有短路压板和串接回路。

/屏柜或测控单元面板有测控单元远方/就地操作选择开关、经五防闭锁的

断路器手动应急分/合按钮、自动同期检测投入/退出选择压板、以及闭锁

投入/退出选择压板。

6.监控后台软件功能

6.1.软件总体要求

6.1.1.可靠性要求

/系统的开发遵循软件工程的方法，经过充分测试，程序运行稳定可靠，

系统软件平台选择可靠和安全的版本。

/系统的重要单元或单元的重要部件为冗余配置，保证整个系统功能的可

靠性不受单个故障的影响。

/系统能够隔离故障，切除故障不影响其它各节点的正常运行，并保证故

障恢复过程快速而平稳。

/系统遵循共同的国际或国内标准，以保证不同产品组合i起能可靠地协

调工作。

6.1.2.开放性要求

/系统遵循国际标准，满足开放性要求，选用通用的或者标准化的软硬件

产品，包括计算机产品、网络设备、操作系统、网络协议、商用数据库

等均遵循国际标准和电力行业标准。

/系统采用开放式体系结构，提供开放式环境，能支持多种硬件平台。支

撑平台采用国际标准开发，所有功能模块之间的接口标准统一。支持用

户应用软件程序的开发，保证能和其它系统互联和集成一体，或者很方

便的实现与其他系统间的接口。

,系统具有良好的可扩展性，可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级，以满

足电网监控与运行管理不断发展的要求。

6.1.3.可维护性要求

/系统具备图模库一体化技术，方便系统维护人员画图、建模、建库，保

证三者数据的同步性和一致性。

,系统具备简便、易用的维护诊断工具，使系统维护人员可以迅速、准确

地确定异常和故障发生的位置及发生的原因。

/软件产品有完整详细的使用和维护手册。

6.1.4.安全性要求

/满足全国电力二次系统安全防护总体框架对厂站自动化系统的安全要

求。

/系统具有高度的安全保障特性，能保证数据的安全、信息的安全和具备

一定的保密措施，执行重要功能的设备可冗余备份双机运行。

62软件结构

光伏发电实时监控与信息采集系统软件由系统软件和应用软件组成。软件采

用模块式结构，以便于修改和维护。

6.2.1.系统软件

系统软件包括操作系统软件和数据库相关软件等。

621.1.操作系统软件

/符合开放性标准，支持多用户、多任务和多进程。

/具有优先级中断处理，提供按优先级调度的机制。

,具有虚拟存储管理。

/提供丰富的进程间通信手段，提供良好的网络通信管理功能，支持

TCP/IP通讯协议。

/采用UNIX和Windows的主流成熟版本。

/具有标准的测试、诊断实用程序。

/操作系统能有效管理各种外部设备，外部设备的故障不会导致系统的崩

溃。

/操作系统软件包括系统生成包、编译系统、诊断系统和各种软件维护、

开发工具。

/全面的跨平台解决方案，使系统具有更高的可移植性。强大的UNIX平

台系统和出色的Windows平台系统有机结合，最大程度的满足了用户对

系统灵活性和可伸缩性的要求。

6.2.1.2.数据库及数据库管理系统

数据库一般分实时数据库和历史数据库，其内容包括系统所采集的实时数

据、厂站主要电气设备的参数、作为历史资料长期保存的数据、经程序处理和修

改的数据。

数据库管理系统必须满足以下要求：

/实时性：能对数据库快速访问，在多个用户同时访问数据库时也能满足

实时功能要求。

/灵活性：可提供多种访问数据库的方式。

/可维护性：提供数据库维护工具，以便监视和修改数据库内的各种数据。

/一致性：在任一工作站上对数据库中数据的修改，系统可自动修改所有

工作站中的相关数据，保证数据的一致性。

/并发操作：历史数据库中的数据可共享，当多个应用程序同时访问数据

库时，不会影响数据库中数据的完整性和正确性。

6.2.2,应用层

/应用层主要完成对厂站的各种监控应用，如：实时监视、异常报警、控

制操作、统计计算、报表打印、网络拓扑着色、电压无功自动调节等。

/所有应用软件均采用模块化结构，具有良好的实时响应速度和可扩充性,

具有出错检测能力。当某个应用软件出错时，除有错误信息提示外，不

影响其它软件的正常运行。

/所有应用软件在统一的支撑软件平台上，有较好的统一风格的数据库及

人机界面，并能够共享公共电力系统模型及数据库。

6.3.光伏发电监控中心系统平台功能

6.3.1.系统平台

6.3.1.1.通用平台功能

通用平台系统要求以Client/server机制为核心，具有良好的开放性、易扩

展性、分布性，能满足系统各种应用，尤其支持超大规模、海量实时数据处理，

适合大规模光伏发电实时监控与信息采集系统的要求。

支撑平台包括支持订阅和发布的网络管理系统、面向对象的分布式实时数据

库管理系统、多现场的系统管理和任务管理系统、分布式的人机管理系统、通用

的事件和告警管理系统、历史数据管理和报表系统等。可以支持企业各种应用不

断发展的需要。

具备服务器字典功能

Client/Server模式的监控系统在网络结构上是一种基于链接的非透明的

分布式系统。它有两层含义。第一，Client在和Server交换数据以前，必须先

同它建立数据链路；第二，Client只有事先知道了Server的逻辑位置（如机器

名、IP地址等）才能和它建立链路。Client/Server的这一结构特点，保证了数

据传输的高效和安全可靠。

通过为每…台客户机预先设置一张能提供某一功能所对应的服务器逻辑位

置的信息表，即服务器字典，这样数据源的物理地址和功能服务器的逻辑位置对

客户机来说是透明的。服务器字典可以存放在配置文件中，或数据库表中。

Client/Server网络模型

平台设计的网络模型中，每一台客户机都有一个网络服务程序，由它负责从

服务器字典中获取服务器逻辑位置的信息并建立链路，而客户机的每一个应用只

和本地的网络服务程序打交道。每一客户机和服务器之间只有一条数据链路。这

是一个两级结构的Client/Server网络模型。客户机本地网络服务器程序是所有

本地客户应用的Server端，相对于整个系统它又是系统Server的Client端。

两级结构的Client/Server网络模型，不但减少了Server和Client之间的

网络链路的数量，同时也使网络管理变得容易：

•客户应用不直接和系统Server打交道，从而实现了应用角度数据的透

明访问；

•本地网络服务程序根据需要随时建立或删除和Server之间的链路，以

提高网络效率，降低网络负担；

•双服务器热备份系统中，客户端应用可不关心客户机和服务器之间数据

链路的切换，做到切换不仅是无缝的，而且是透明的。

分组、分层、分布式通用平台设计

C/S机制目前在调度自动化和配网自动化的实时处理系统中，得到了广泛

的应用。但通用平台设计不能采用传统C/S设计模式，应该采用分组、分层的

系统设计模式，即采用SuperOpen平台。从设计上，着力克服以上缺点，不仅

在应用上分布，还采取分组、分层的设计模式，真正实现全系统的服务、应用的

分布式处理。

应用与服务按组分类，每组应用或分类依然采用主备双机热备用的体系，不

同应用组分别与不同服务器组对应实现数据交换，这样无论是应用、服务器上的

运行负荷，网络的数据流量都较传统的集中控制方式，有相当大的优化与提高，

体现了分布式控制的核心。

6.3.1.2.采用分布式的系统运行管理环境

系统要求采用分布式运行管理系统的设计，遵循开放性系统标准，具有以下

几大功能：

＞网络配置功能；

＞网络冗余、动态控制功能：

系统支持采用分流/冗余的双网机制，以提高系统的可靠性。系统支持双网

运行，通过网络配置及分布式管理系统对网络运行状态及流量的实时监控，可保

持双网系统并发接收实时数据，在正常状态下，数据传输节点按照预先配置的路

径将信息传送到目的节点，当某个网络发生故障时，传输节点将改变传输路径，

通过冗余的网络将数据传输到目的节点。

系统预先把数据流分为两种，一种是控制流，一种是数据流。在数据传输之

前，网络平台判断该数据流的属性，决定通过那一个网段的端口进行数据的传送,

这样在预先的判断中就能够决定数据的流程方向。当该网段出现故障时，系统网

络平台将提出警报，并记录，以后再有申请从此网段传送的文件时，系统将强制

其从健康的网段传送数据。

＞进程管理功能；

＞运行组态监视功能；

＞网络通信管理：

＞软总线访问。

在主站系统中运行的实时节点，按以下方式进行工作：

•服务器端与客户端之间建立实时■通信的数据链路；

•通信链路维护由客户端、服务器端双方共同完成；

•按标准协议，实现服务器与各客户端节点之间的数据通信；

•系统提供带有安全性措施的成组广播通信机制和使用TCP/IP进行通信

的点对点通信机制；

•客户端将服务请求的变化，通知服务器；

•数据刷新周期由客户端定义；

•服务器端根据客户请求周期性的刷新数据；

•有告警信息发送时，服务器端根据客户端的注册需要主动发送；

•每个链路可以对多个数据请求流进行服务。

＞数据追赶功能：

•数据追赶功能是在两台历史数据库服务器全部退出运行极端情况下，实

时系统在24小时或者更长的一段时间内依然能保持运行,并在历史库服

务器恢复正常后，能恢复停机时间段的历史数据。

•通过数据追赶，能大大提高系统稳定运行的可靠性。

＞软总线访问

•标准网络通信协议的广义软总线接口规范化，针对逻辑通信对象,透明支

持各种内部应用及外部应用。

•系统将所有的访问请求按照数据库能够提供的服务归纳为统一形式的逻

辑客户。基于通用的数据管理机制，实时数据库采用问答（POLL）方式、

流（STREAM）方式、SQL方式等三类软总线访问接口供逻辑客户使

用。

6.3.1.3.采用分布式数据库管理系统

方便、友好的数据库查询工具

利用系统人机交互访问界面，可方便地生成和查询数据；可单个或成组增加

数据记录；可单个或成组删除数据记录；可按照单个或成组数据项复制单个或成

组数据记录（复制数据表中多个记录和多个数据项所形成的区域）；可修改数据

项。

数据库的一致性维护

在正常运行情况下，对数据库的修改，无论来自应用程序的访问，还是来自

任何工作站商用人机交互访问界面修改数据库，系统均自动维护主数据库和备用

数据库的一致性。

在单机运行情况下，只要备用机重新恢复运行，通过两台服务器之间日志文

件的相互比较，实现备用系统的数据恢复，以实现双服务器的数据一致性。

实时数据库的自动恢复

实时数据库服务器离线后，再次在线时，系统首先自动依据关系库使离线服

务器实现基础同步（描述参数，状态值等），再进一步依据主服务器实现精确同步

（累计/统计值）。

实时数据库的复制

实时数据库的启动可以有两种方式，一种是从数据库加载，第二种是实时数

据库的复制。这两种方式在系统中均得到采用，在主服务器启动的时候从数据库

加载，备服务器启动时从主服务器实时库中进行复制，这样不仅减少的数据库服

务器的负担，也使得主备服务器的数据一致。

实时数据库的镜像

镜像实时数据库是非常必要的。系统通过实时数据库的优化复制来实现实时

数据库的镜像，适合任意服务器。我们提供正向型的物理隔离设备，将Web服

务器隔离在监控系统外。在满足实时监控系统安全性的同时，对外网访问数据进

行隔离。MIS等安全等级较低的网络只能通过IE浏览器访问镜像数据，任何病

毒和黑客攻击都无法感染实时监控系统，保证了电力调度的安全性和稳定性。

系统管理

系统能量管理系统具有分布式系统管理工具，可实现对整个系统中设备、应

用功能及权限等的分布式管理，具有系统运行状态监控、查看调试信息、远程调

试、进程管理.、网络管理等便利手段。

＞服务进程管理与监视

系统能量管理系统具有服务进程管理工具，方便用户定制服务器分工及任

务分配，如服务器进程、节点进程等，并可查询进程信息如：ID、运行时间、运

行状态等及进程调试信息。系统能对所有进程进行分级分类管理,用户可以定义、

增改、启/停、转移实时任务作业，如AVC、网络分析等，并清晰地提供显示

和修改各实时任务作业逻辑关系的画面。一个实时任务不能在多台服务器或工作

站上同时运行（均衡处理方式除外），以保证结果的一致性：一台服务器/工作站

上可同时分配多个实时任务。

系统设计为多服务器热备方式，支持自动切换和手动切换，便于故障过程中

系统的无扰切换。值班机宕机时系统支持热备、温备和冷备等多种备用模式。在

正常情况下，用户可以手动切换各节点及应用的备用状态（主＜-＞辅，热＜-＞冷）。

在异常情况下，系统管理服务会自动进行故障切换，保证系统内任一节点故障不

至引起主要功能的丧失及导致系统响应灵敏度低于系统性能要求。对于软件模块

非正常退出的情况,如果是主用模块退出，系统会自动将备用模块切为主用模块,

并尝试重启异常退出的模块；如果是备用模块退出，则直接尝试重启该模块。如

果异常退出的模块不能在指定的时间内（由系统配置参数决定）成功重启，则系统

将自动启动冷备用节点上的相应模块。在此过程中，系统会发出相应的事件通知

用户进行必要的处理。冗余配置的计算机实现无扰动切换。

在服务运行过程中，光伏发电实时监控与信息采集系统的服务管理功能可以

监视所有服务进程信息（如：旧、时间、运行状态等）、服务中各个工作线程信息

（如：运行情况、锁使用状况、客户连接情况以及系统中各个服务的应答时间）。

通过及早识别工作线程的死锁情况和服务应答时间的降级情况，能立即警告系统

维护人员以避免潜在的服务故障。

＞系统网络及通信管理

光伏发电实时监控与信息采集系统提供计算机网络及通信管理功能。采用新

的网络技术，协调整个计算机网络及通讯系统，能够充分利用双网带宽，在容错

的同时实现网络的负载平衡功能，提高系统的可靠性。具有分布式系统中各节点、

各任务间通讯状态监视功能，能够监视网络是否正常、网络负载率、各节点网络

通信状况统计（发包数、收包数、丢包数）等信息。同时，提供一个观察和控制计

算机网络系统的用户界面。

每台机器配置两块网卡（对于前置服务器和监控服务器配置四块网卡分为两

组进行双网段分流），各自连接到一台网络交换机上。在正常情况下，系统同时