基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的光伏監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃岳文 黃浩 謝建國

摘? ?要：文章結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+光伏電站”的思想，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過將光伏電站數(shù)字化，建立了本地智能運(yùn)維管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場光伏電站中各類設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊瘓F(tuán)數(shù)據(jù)中心并存儲(chǔ)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)了以大屏的方式實(shí)時(shí)展示。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);光伏監(jiān)控平臺(tái);能源

1? ? 研究背景

太陽能屬于可再生能源的一種，具有儲(chǔ)量大、永久性、清潔無污染、可再生、就地可取等特點(diǎn)，因此，成為目前人類所知可利用的最佳能源選擇。隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，該技術(shù)得到了許多國家政府的大力支持，在全球范圍內(nèi)廣泛使用。隨著光伏發(fā)電行業(yè)逐步邁入了“平價(jià)上網(wǎng)”時(shí)代，未來我國的光伏行業(yè)具有巨大的發(fā)展空間，預(yù)計(jì)2019年我國光伏新增裝機(jī)容量將達(dá)到43 GW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到216 GW。

隨著規(guī)模性的光伏電站的陸續(xù)建設(shè)和投入運(yùn)行，光伏電站的建設(shè)質(zhì)量問題、安全問題大量出現(xiàn)，設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工不規(guī)范等問題都給光伏電站的質(zhì)量和后期運(yùn)維帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這些問題單靠人力進(jìn)行現(xiàn)場管理，不光是一種人力資源的浪費(fèi)，而且無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防各種電站故障[1]。為達(dá)到保證光伏發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的目的，建設(shè)一套集實(shí)時(shí)監(jiān)控、集中管理、智能預(yù)警分析、災(zāi)害防范為一體的光伏電站智能化遠(yuǎn)程運(yùn)營信息管理系統(tǒng)，來保證電站建立規(guī)范和有效的管理機(jī)制，特別是保證電站高效質(zhì)量管理和運(yùn)維管理，顯得尤為重要。

2? ? 現(xiàn)狀及目的

目前，市場上相關(guān)的光伏監(jiān)控類產(chǎn)品比較雜，但是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的光伏大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用不多，整個(gè)行業(yè)方向尚處于探索階段。

目前，業(yè)內(nèi)比較有名的監(jiān)控平臺(tái)廠家有合肥陽光的“智慧光伏云”系統(tǒng)以及華為的“智慧光伏電站”系統(tǒng)，這類系統(tǒng)目前主要是針對單個(gè)電站進(jìn)行智能化管理，只是簡單地運(yùn)用了相關(guān)的信息技術(shù)，尚未將大數(shù)據(jù)技術(shù)真正融合到光伏系統(tǒng)中去，同時(shí)，這類企業(yè)在光伏行業(yè)的涉及面不廣，在光伏的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈方面具有一定的局限性。

智能光伏電站是全數(shù)字化電站，可真正實(shí)現(xiàn)“可信、可視、可管、可控”。智能光伏電站采用創(chuàng)新組網(wǎng)方案，打破現(xiàn)有設(shè)計(jì)束縛，從簡化建設(shè)、最佳系統(tǒng)性能匹配、簡化維護(hù)等角度，重新對組件、線纜、逆變器、升壓變、監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集單元等系統(tǒng)部件進(jìn)行組合優(yōu)化。智能光伏電站具有主動(dòng)電網(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)，利用智能逆變器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優(yōu)勢，主動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的變化，實(shí)現(xiàn)更好的多機(jī)并聯(lián)控制、更佳的并網(wǎng)諧波質(zhì)量，更好地滿足電網(wǎng)接入要求，提高在惡劣電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。建設(shè)光伏電站監(jiān)控平臺(tái)主要解決的問題及目的：（1）提高對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。（2）實(shí)現(xiàn)對光伏電站的質(zhì)量監(jiān)控。（3）實(shí)現(xiàn)對發(fā)電生產(chǎn)的信息化、自動(dòng)化管理。（4）為提高管理與決策水平提供信息支撐。（5）建設(shè)光伏電站監(jiān)控設(shè)備的統(tǒng)一管理平臺(tái)。（6）整合各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對不同人員的差異化服務(wù)。

3? ? 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+光伏電站”的思想，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過將光伏電站數(shù)字化、建立本地智能運(yùn)維管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場光伏電站中各類設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊瘓F(tuán)數(shù)據(jù)中心并存儲(chǔ)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并大屏的方式實(shí)時(shí)展示，以充分滿足用戶對光伏電站的高發(fā)電量、低初始投資、低運(yùn)維成本、高可靠性和安全性等需求為目的，在25年生命周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高收益、可運(yùn)營、可管理、可演進(jìn)。使管理人員快速、準(zhǔn)確地了解光伏電站的發(fā)電效率和發(fā)電量，使運(yùn)維人員對光伏電站中出現(xiàn)的設(shè)備故障做出及時(shí)的響應(yīng)，對可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題做出有效的預(yù)防，從而提高光伏電站的發(fā)電效率和運(yùn)行質(zhì)量。

3.1? 監(jiān)控平臺(tái)整體布局

光伏監(jiān)控平臺(tái)采用純?yōu)g覽器和服務(wù)器（Browser/Server，B/S）結(jié)構(gòu)的模式，以實(shí)現(xiàn)分布于全球不同地域的電站集中監(jiān)控管理為目標(biāo)而進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，為全球電站提供接入服務(wù)。平臺(tái)系統(tǒng)主要由子站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心兩部分組成。實(shí)時(shí)采集各光伏電站運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程傳送到監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)。監(jiān)控中心服務(wù)器對每個(gè)電站數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、管理和展示，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)所有光伏電站的狀態(tài)監(jiān)控和運(yùn)行指導(dǎo)。數(shù)據(jù)中心支持用戶通過瀏覽器或智能手機(jī)終端遠(yuǎn)程登錄查詢。

監(jiān)控中心提供強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)磁盤陣列，以提供海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ);完備的災(zāi)難恢復(fù)策略使用戶的運(yùn)行數(shù)據(jù)不丟失;數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)寫入分離設(shè)計(jì)，有效提高數(shù)據(jù)庫訪問速度。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)中心的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)光伏電站無人值守、投資安全、最優(yōu)運(yùn)行、最佳維護(hù)提供技術(shù)保障。

3.2? 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

光伏監(jiān)控平臺(tái)從設(shè)備端、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)3方面進(jìn)行設(shè)計(jì)[2-3]。監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。設(shè)備端支持光伏電站中常用的設(shè)備如逆變器、匯流箱、環(huán)境監(jiān)測儀、電表等，通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)或通信管理機(jī)將不同廠家、不同型號(hào)及類型的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，然后再通過不同的協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)端。數(shù)據(jù)服務(wù)端通過數(shù)據(jù)接入模塊、實(shí)時(shí)計(jì)算模塊、規(guī)則映射模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)、分析、分類存儲(chǔ)。應(yīng)用服務(wù)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示給決策管理人員及電站運(yùn)維人員。

3.3? 系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控平臺(tái)可運(yùn)行在Windows或Linux系統(tǒng)中，Web及APP應(yīng)用接口采用PHP技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，可運(yùn)行在IIS，Apache，Ngix服務(wù)器上;數(shù)據(jù)庫包含Redis，influxdb，MySQL數(shù)據(jù)庫;數(shù)據(jù)接入、實(shí)時(shí)計(jì)算、規(guī)則映射模塊采用C++開發(fā)。

3.4? 系統(tǒng)展示

決策層、管理層及運(yùn)維人員可以在不同地點(diǎn)用多種不同的方式通過監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)了解、掌握各個(gè)電站運(yùn)行的情況，可以快速響應(yīng)電站出現(xiàn)的異常情況，減少電站的發(fā)電損失，提高運(yùn)行效率。設(shè)計(jì)展示效果如圖2所示。

4? ? 結(jié)語

通過基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光伏電站的智能監(jiān)控，主要解決了以下問題：（1）多類型電站及設(shè)備統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，簡化電站數(shù)據(jù)接入復(fù)雜度。（2）海量電站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析自動(dòng)化技術(shù)，解決了常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析從關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢速度慢的問題。（3）改變光伏電站運(yùn)維方式，實(shí)現(xiàn)無人值守遠(yuǎn)程運(yùn)維。（4）大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為電站投資決策、電站設(shè)計(jì)、設(shè)備選型提供依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馮相賽.國內(nèi)光伏電站監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展綜述[J].太陽能，2016（11）：47-50.

[2]張仲文.分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化，2018（4）：103-104.

[3]張巍，彭良平，杜毅，等.光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)分析[J].太陽能，2014（8）：17-21.

Design and implementation of photovoltaic monitoring platform based on internet technology

Huang Yuewen， Huang Hao， Xie Jianguo

（Hunan Red Sun New Energy Science and Technology Co.， Ltd.， Changsha 410000， China）

Abstract：Combined with the idea of “Internet + photovoltaic power station”， the Internet technology is used to digitize the photovoltaic power station， which establishes the local intelligent operation and maintenance management system and remote cooperative operation and maintenance management system in this paper， and transmit real-time data of all kinds of equipment in the photovoltaic power station to the data center of the group， the data of all kinds of equipment in the field photovoltaic power station are transmitted to the group data center in real time and stored. The data is counted and analyzed， and the real-time display is realized in a large screen.

Key words：Internet technology; photovoltaic monitoring platform; energy