基于PLC大型光伏并網(wǎng)電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

黃學(xué)鋒（江蘇佳訊太陽能電力設(shè)計院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

基于PLC大型光伏并網(wǎng)電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

黃學(xué)鋒
（江蘇佳訊太陽能電力設(shè)計院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

大型光伏并網(wǎng)電站建設(shè)當中監(jiān)控系統(tǒng)占據(jù)著重要位置，在對光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)進行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合PLC下位機建立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，以有效滿足光伏電站當中的監(jiān)控要求。本文主要對基于PLC的光伏并網(wǎng)電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計進行了分析探討，顯示監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效保證電站運行的可靠性，且成本較低，值得推廣。

光伏并網(wǎng)電站；監(jiān)控系統(tǒng)；PLC

0　引言

光伏電站主要是通過太陽電池自身的光生伏特效應(yīng)來將敷設(shè)直接轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電系統(tǒng)，這種發(fā)電系統(tǒng)不僅環(huán)保，而且能夠提升新能源的利用效率。在電站建設(shè)上主要由變壓器、PT、刀閘、出現(xiàn)和開關(guān)等設(shè)備組成，還包括箱變、匯流箱和光伏陣列等發(fā)電設(shè)備，而光伏電站中的監(jiān)控系統(tǒng)則是通過對這些設(shè)備實施監(jiān)測和控制調(diào)節(jié)來保證電站運行的穩(wěn)定性。

1　光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能概述

大型光伏電站中的監(jiān)控系統(tǒng)涉及到的內(nèi)容較多，包括通信網(wǎng)絡(luò)、通信規(guī)約、功率控制、電壓調(diào)節(jié)、設(shè)備監(jiān)測控制等等，需要實現(xiàn)的功能較多，對于系統(tǒng)設(shè)計和硬件要求也在不斷發(fā)生變化，在大型光伏電站運行當中，監(jiān)控系統(tǒng)主要需要滿足以下幾點功能：一是對光伏電站中的發(fā)電設(shè)備進行監(jiān)測控制，包括收集箱變、匯流箱和逆變器等設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并且通過指令來對逆變器功能功率和開關(guān)進行調(diào)節(jié)；二是接入升壓站保護，接收監(jiān)測控制信息，將變壓器的保護信息和監(jiān)測信息接入，將高低壓線路的保護信息和監(jiān)測信息接入，將直流電源的監(jiān)測信息接入等；三是實現(xiàn)五防信息之間的交互。強大的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ξ宸老到y(tǒng)進行信息教化，將升壓站內(nèi)的相關(guān)信息進行共享轉(zhuǎn)發(fā)，并且對五防系統(tǒng)中的操作數(shù)據(jù)進行獲取判斷。

2　光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2.1控制設(shè)備層

根據(jù)大型光伏電站的建設(shè)要求，在數(shù)字量、溫度模擬量、輻射量、電流模擬量和環(huán)境溫度模擬量上進行調(diào)整和設(shè)置，每個光伏電站的占地面積可以控制在100×100m，一個匯流箱對應(yīng)一個現(xiàn)場的I/O設(shè)備，然后將其安裝在中心的匯流箱上，這樣總站CPU和profbus總線就能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場I/O設(shè)備的通訊功能，然后將主站安裝在逆變器室中的控制柜上。在完成室內(nèi)硬件設(shè)備的安裝之后，用工業(yè)以太網(wǎng)來將整個PLC系統(tǒng)連接起來，并和上級光伏電站調(diào)度系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通訊功能。

2.2監(jiān)控層

監(jiān)控層中主要是應(yīng)用wincc組態(tài)軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控功能，該軟件能夠?qū)υO(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，對設(shè)備運行過程中的數(shù)據(jù)進行收集，對設(shè)備、線路運行中的事故進行報警，記錄設(shè)備、線路報警，并且還能根據(jù)收集來的系統(tǒng)數(shù)據(jù)對歷史趨勢進行分析，從而為監(jiān)控調(diào)度提供決策參考。在進行監(jiān)控層設(shè)計時需要在控制室中設(shè)置工程師站和操作員站，通過終端設(shè)備將設(shè)備運行的狀態(tài)和參數(shù)直接顯示出來，其中操作員站的職能主要在于對全場設(shè)備進行監(jiān)控，可根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)備的日期和站號進行不同選擇，對設(shè)備的發(fā)電量、運行時長等進行查詢記錄，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)變化來調(diào)整操作指令，對全場生產(chǎn)進行指揮，保證整個系統(tǒng)的運行能夠安全、有效的進行。

監(jiān)控層是整個監(jiān)控系統(tǒng)當中的關(guān)鍵，對這一層的設(shè)計上主要需要滿足界面友好、操作方便、功能全面和貫穿集中管理等要求，在設(shè)計上基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾個特點：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上具備較強的靈活性，能夠在后臺進行功能定制，方便維護人員后期進行維護；二是監(jiān)控系統(tǒng)在開發(fā)上采用模塊模式，接口豐富，能夠根據(jù)系統(tǒng)的不同要求在后期進行功能擴展，還能夠支持操控指令接口進行接入，方便接收指令實現(xiàn)遠程操作；三是系統(tǒng)能夠支持多種類型數(shù)據(jù)庫，方便后期系統(tǒng)擴展；四是系統(tǒng)提供全方面的系統(tǒng)日志，能夠?qū)ο到y(tǒng)運行狀態(tài)進行全記錄，以便操作人員能夠及時對其進行查詢，對于故障判斷和系統(tǒng)擴展具有重要價值。

2.3通信層

通信層主要是利用profbus總線進行通訊，在主站和分站之間進行連接，然后方陣和中央控制室則采用工業(yè)以太網(wǎng)進行連接，實現(xiàn)中央控制室和方陣之間的通訊連接。為了保證通訊的實時性和有效性，在服務(wù)器和方陣、中央控制器之間形成冗余環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)的傳輸介質(zhì)則應(yīng)用光纖進行傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴Ｖ醒肟刂剖抑械牟僮魅藛T利用wincc軟件能夠?qū)?shù)據(jù)服務(wù)器進行訪問，并且可以實現(xiàn)遠程操作的功能，對各個方陣當中的PLC系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，對其運行過程中出現(xiàn)的故障進行診斷，同時利用環(huán)境檢測儀能夠利用傳感器將模擬量數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街鳈C的PLC系統(tǒng)輸入模塊當中。

3　光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)延展

光伏電場占地面積廣，因而多個相鄰光伏電場共用同一套管理體系已成為事實，如何快速有效的將運行數(shù)據(jù)上報給上一級管理調(diào)度成為當務(wù)之急。對于這一問題的解決，在設(shè)計上可以通過設(shè)置 lever2 級服務(wù)器來實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的傳輸運行有效性，將 lever1 級所采集的數(shù)據(jù)進行運算處理、分析，將重要信息上傳上一級調(diào)度。 Lever2 所分析的數(shù)據(jù)也可上傳到lever3 服務(wù)器，由lever3 服務(wù)器運算處理將集團公司所需數(shù)據(jù)上傳給集團公司調(diào)度。真正實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)銷售、企業(yè)計劃快速實時進行。

4　結(jié)語

在常規(guī)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中所應(yīng)用到的設(shè)備價格都比較高，且所應(yīng)用的單片機在監(jiān)控數(shù)據(jù)采集功能上的表現(xiàn)并不理想，其所需要的雙絞線距離較長，而在本次研究中采用PLC設(shè)備進行電纜硬接線，維護方便，對外界因素的抗干擾能力較強，使用壽命長，能夠有效保證整個監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，并且還具備功能延展性，能夠根據(jù)不同的需要來進行程序修改，從而有效增強了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化功能。

［1］陳國良，孫麗兵，王金玉.大型光伏并網(wǎng)電站功率預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.電力與能源，2014（01）:93-95.

［2］方廷，郝毅，田俊文，劉峰.大型并網(wǎng)光伏電站二次系統(tǒng)設(shè)計及新方法應(yīng)用［J］.可再生能源，2014（06）:770-774.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.143