逆變器直流柜監(jiān)控系統(tǒng)的改造

劉加勇

（中節(jié)能東臺太陽能發(fā)電有限公司 江蘇鹽城 224000）

因中節(jié)能東臺電站發(fā)電項目中的一、二期60MW電站建設(shè)較早，組串沒有采用智能監(jiān)控匯流箱，而且現(xiàn)有北京四方繼保的監(jiān)控系統(tǒng)中，雖有逆變器的實時數(shù)據(jù)顯示，但對匯流箱或逆變器進線側(cè)無法監(jiān)控到位、故障診斷。為提升電站發(fā)電管理，從源頭上減少發(fā)電損失，利于電站運維，結(jié)合中節(jié)能已有系統(tǒng)基礎(chǔ)，通過在118臺直流柜側(cè)加裝霍爾傳感器實現(xiàn)對824個匯流箱電流的監(jiān)測。

1 改造的內(nèi)容及方案

1.1 改造內(nèi)容

實時顯示118臺逆變器（每臺逆變器房有兩臺逆變器）直流側(cè)各個回路電流采集狀態(tài)。

逆變器直流側(cè)電流顯示數(shù)據(jù)和報警情況；可進行直流柜電流平均值對比、故障統(tǒng)計等功能。

1.2 改造方案

為了增加監(jiān)控精細度，在原直流柜的正極電纜增加開口式霍爾傳感器，精度為0.2級，每路霍爾傳感器二次側(cè)通過電纜接至信息采集單元；電源輸入通過光伏熔斷器接至信息采集單元。信息采集單元通過RS485接至監(jiān)控管理機。

因增加對逆變器直流側(cè)（匯流箱）的監(jiān)控，結(jié)合電站已有監(jiān)控設(shè)施，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與應(yīng)用三層組網(wǎng)方案，組網(wǎng)方式考慮在放置監(jiān)控管理機的逆變房之間鋪設(shè)通訊光纜，通過光纖環(huán)網(wǎng)交換機組成光纖環(huán)網(wǎng)，監(jiān)控管理機通過光纖交換機完成數(shù)據(jù)的上傳，其它逆變房的直流柜通過RS485與每區(qū)的監(jiān)控管理機相連，完成數(shù)據(jù)的上傳。

綜合考慮RS485的通訊距離和減少通訊電纜鋪設(shè)的工程量，相鄰逆變房的光伏子系統(tǒng)使用1臺監(jiān)控管理主機。

升級后的系統(tǒng)具有：

（1）采用開口式霍爾，施工方便，施工周期短，無需改變原設(shè)備主回路；

（2）支持母線電壓測量；

（3）隔離的RS485 Modbus-RTU通訊，提高了系統(tǒng)安全；

（4）采用模塊接口豐富，可靠性高，采用單個模塊加以組合即可以實現(xiàn)直流柜的采樣功能；

（5）監(jiān)控管理機協(xié)議兼容性強，可以批量采集大量的數(shù)據(jù)；

（6）采用光纖環(huán)網(wǎng)拓撲，可靠性高。

2 監(jiān)控系統(tǒng)

兆瓦級及以上光伏電站占地廣、設(shè)備數(shù)量及種類龐大、建設(shè)集中。目前最為廣泛采用的是有線監(jiān)控方式。本次監(jiān)控改造系統(tǒng)整體架構(gòu)包括本地數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與處理3部分。

2.1 本地數(shù)據(jù)采集

通過數(shù)據(jù)采集器與底層設(shè)備相連接，采集設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，匯流箱電流，物理層廣泛采用工業(yè)RS485總線，MODBUS協(xié)議作為總線協(xié)議。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

本次數(shù)據(jù)采集器與監(jiān)控中心通訊網(wǎng)絡(luò)間距較遠，所以采用工業(yè)以太網(wǎng)光纖連接?；赥CP/IP的以太網(wǎng)是開放式網(wǎng)絡(luò)，光線組網(wǎng)可采用星形拓撲結(jié)果或者環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)果。

星形拓撲結(jié)構(gòu)屬于集中控制性網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)由中心節(jié)點執(zhí)行集中式通訊控制管理，各分節(jié)點均直接與中心節(jié)點連接，中心節(jié)點與分節(jié)點之間直接進行數(shù)據(jù)交互，若某節(jié)點總線纜出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸；總布線距離長。

環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)果可利用它的自愈性能，將線路切換至備用線路上，從而保證信號的實時暢通，實現(xiàn)高可靠性、多備份和信號迅速恢復(fù)的要求。

中節(jié)能東臺電站項目本次改造采用的就是光仟環(huán)網(wǎng)即環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。該項目為直流側(cè)升級改造項目，及在直流側(cè)增加電流傳感器采集匯流箱電流。

2.3 工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)點

工業(yè)以太網(wǎng)基于TCP/IP協(xié)議，為標(biāo)準(zhǔn)開放網(wǎng)絡(luò)，兼容性和互操作性好，資源共享能力強，數(shù)據(jù)傳輸距離遠，傳輸速率高，易于Internet互聯(lián)，成本低，與計算機、服務(wù)器的接口十分方便，技術(shù)支持廣泛，采用RS485轉(zhuǎn)工業(yè)以太網(wǎng)的形式，將底層設(shè)備的運行數(shù)據(jù)上傳至電站監(jiān)控中心。

3 改造功能

電流采集曲線，顯示直流柜總電流采集曲線。

直流側(cè)通訊，實時顯示各匯流箱工作狀態(tài)：紅燈為報警、綠燈為通訊暢通，黃燈通訊中斷。

實時監(jiān)控-直流柜窗口：

直流柜窗口功能模塊包括：電站實時直流柜數(shù)據(jù)、功能按鈕、匯流箱。

直流柜數(shù)據(jù)：

顯示逆變房中兩個直流柜的實時數(shù)據(jù)；及組串位置及狀態(tài)圖。

報警記錄窗口：

報警記錄窗口功能模塊：顯示逆變器報警和組串報警功能。

4 監(jiān)控系統(tǒng)施工流程和其軟件算法實現(xiàn)

4.1 施工流程

（1）對118臺逆變器直流柜8個回路進線安裝開口霍爾。

（2）對118臺逆變器直流柜中各安裝一套數(shù)據(jù)采集器（模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號）、電壓測量裝置、模塊電源裝置，并用485通訊線連接至監(jiān)控管理機。

（3）每套監(jiān)控（通訊）管理機（485-以太網(wǎng)）、光纖環(huán)網(wǎng)交換機（以太網(wǎng)-尾纖）、光纖終端盒（尾纖-光纖）。

（4）在主控樓二次設(shè)備室通訊柜中安裝一套光纖轉(zhuǎn)換器（光纖-尾纖）和光纖環(huán)網(wǎng)交換機（尾纖-以太網(wǎng)）。

（5）在主控室后臺監(jiān)盤桌上安裝一套服務(wù)器（主機）和顯示屏，便于各逆變器直流側(cè)進線回路電流實時監(jiān)控。

4.2 監(jiān)控原理和軟件算法

直流側(cè)數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)采集模塊將電流傳感器采出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過通信管理機將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為TCP信號，最后通過光纖環(huán)網(wǎng)交換機將TCP信號轉(zhuǎn)換為光信號傳送至電站主控室監(jiān)控中心。

電站監(jiān)控系統(tǒng)將每路電流與每路的裝機容量進行單位裝機電流實時計算，并與相近位置的直流電流進行比較。若電流數(shù)據(jù)與相近位置的直流電流上下浮動超出10%的范圍，即刻彈出聲光報警，顯示出報警所在地理位置并記錄到報警記錄中，便于對設(shè)備發(fā)生情況進行追蹤、分析。當(dāng)發(fā)生通訊線路問題引起通訊中斷時，同時發(fā)出聲光報警，顯示出報警所在地理位置，并記錄到報警記錄中。

5 改造結(jié)論

改造前，我們少則一天、多則半個月才能發(fā)現(xiàn)匯流箱跳閘未運行（通過逆變器之間發(fā)電量的對比），總共824個匯流箱，按照一個匯流箱下含有336塊太陽能組件，根據(jù)年發(fā)電量統(tǒng)計，每塊組件日平均發(fā)電量為1度左右，1個匯流箱每天發(fā)電量為336度左右，根據(jù)現(xiàn)有運行維護統(tǒng)計，按照故障率為0.5%算，平均每日有4.12個匯流箱故障，按照日發(fā)電量算為1384度電，按照上網(wǎng)電價1.4元算，日損失為1938元（這還是按一天后及時發(fā)現(xiàn)的情況下），通過這次對電站逆變器直流側(cè)的升級改造，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、比對、分析、并生成報表、曲線、圖形、音響報警和彈出報警對話框提示等，使我們隨時掌握逆變器下側(cè)的匯流箱以及逆變器的運行狀態(tài)，提高了監(jiān)盤人員對設(shè)備告警、故障發(fā)生后的判斷反映速度，縮短了維修時間，提高了電站的運行維護效率，變相的保證了和提高了發(fā)電量，保證了電站年度運營經(jīng)濟指標(biāo)。