新能源在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

沈 平

（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，北京 100000）

隨著社會的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對電能的需求逐漸增加，標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，不僅對可靠性提出了更多的要求，而且給電能質(zhì)量帶來了更多的挑戰(zhàn)。對于常規(guī)能源來說，由于其污染相對較大，所以帶來了一系列弊端[1-2]。我國大力發(fā)展新能源主要是利用了太陽能、風(fēng)能等新型資源，在使用過程中不存在污染，而且具有可再生的特點(diǎn)，所以得到了廣泛應(yīng)用與重視。這也是未來電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，電網(wǎng)朝著智能電網(wǎng)方向發(fā)展，必須大量應(yīng)用新能源同時與大電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充[3-4]。

對于我國而言新能源的建設(shè)逐步擴(kuò)展提升，數(shù)量隨之增加，分布式能源得到廣泛應(yīng)用。但是隨之產(chǎn)生的問題如下。

（1）發(fā)電設(shè)備分布相對較為分散，并且環(huán)境較為多樣復(fù)雜，安全問題容易被忽視。

（2）發(fā)電參數(shù)因易被外部環(huán)境影響，所以受到多種限制。如果一旦產(chǎn)生擾動，則有可能難以及時報警發(fā)現(xiàn)，同時還會干擾到設(shè)備的正常應(yīng)用，影響各類參數(shù)[5-6]。

（3）目前，因我國使用的分布式新能源種類豐富，并且涵蓋著多種不同的規(guī)模，布置方式也較為多樣且分散，所以難以進(jìn)行集中統(tǒng)計，在調(diào)度上也存在著一定的困難，同時通信協(xié)議的不同也會帶來管理上的麻煩。

針對上述問題及所產(chǎn)生的相關(guān)現(xiàn)象，只有進(jìn)行一定的監(jiān)測，才有利于新能源更好地應(yīng)用和發(fā)展，同時建立相關(guān)數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，保證數(shù)據(jù)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行[7]。

新能源企業(yè)目前發(fā)展勢頭迅猛，但數(shù)據(jù)的監(jiān)測系統(tǒng)則相對較為落后。與國外相比，對于分布式發(fā)電項(xiàng)目的在線監(jiān)測，仍然處于起步階段，而且大都注重數(shù)據(jù)的采集業(yè)，對于數(shù)據(jù)分析方面相對較為落后。國內(nèi)主要是對單一的對象進(jìn)行監(jiān)測，為單個的發(fā)電站，所以難以同時進(jìn)行多個的綜合評估及實(shí)施監(jiān)測[8-12]。

針對上述問題，本文設(shè)計一種新型的新能源在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多種功能，而且便于分布式的安排，能夠以較為清晰的結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展和應(yīng)用。同時對于該系統(tǒng)根據(jù)傳輸準(zhǔn)則及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化及精確管理，同時實(shí)現(xiàn)安全的監(jiān)控。

1 架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

KNN算法（K Nearest Neighbors）對于新能源而言，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線監(jiān)測，必須要保證能夠?qū)崟r進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤，同時還需要包括信息發(fā)布環(huán)節(jié)。對此必須要對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測，實(shí)時的監(jiān)控，同時進(jìn)行采集及分析。除此之外對于信息發(fā)布環(huán)節(jié)而言，則是對公眾主要指政府以及相關(guān)單位進(jìn)行展示，可以支持相關(guān)的移動設(shè)備進(jìn)行瀏覽并且利用多媒體平臺進(jìn)行推送服務(wù)等。為了更好地為數(shù)據(jù)提供支持，還可以為信息的瀏覽進(jìn)行相關(guān)的支撐，提供查詢服務(wù)等，在信息發(fā)布中建立數(shù)據(jù)鏡像。

1.2 系統(tǒng)軟件邏輯架構(gòu)設(shè)計

為了對整個新能源系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測，在進(jìn)行軟件部分設(shè)計時，需根據(jù)模型的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則建立邏輯架構(gòu)，具體如圖1所示，其中軟件部分共分為平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用及展示層4個部分。平臺層作為主要系統(tǒng)的核心提供最基礎(chǔ)的底層服務(wù)，同時各個模塊之間保持相互獨(dú)立。為了更好地進(jìn)行軟件部分設(shè)計，還需要為實(shí)時的信息進(jìn)行全面的分析，提供一定的支持，需要滿足相關(guān)的應(yīng)用功能及提供接口。數(shù)據(jù)層主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及存儲等相關(guān)方面操作，應(yīng)用層是進(jìn)一步分析以及制作報表等，展示層是在相應(yīng)的平臺上進(jìn)行統(tǒng)計以及展示，以此顯示一個完整的實(shí)時狀態(tài)信息，方便管理人員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。這些動態(tài)監(jiān)測能夠進(jìn)行展示，方便瀏覽及查詢，同時還能夠滿足相應(yīng)的指定需求。

圖1 系統(tǒng)軟件邏輯架構(gòu)

1.3 物理架構(gòu)設(shè)計

對于本系統(tǒng)而言，物理架構(gòu)也是非常重要的，是一個復(fù)雜的部分，包括計算機(jī)的硬件部分及軟件部分，同時還包含一系列配套裝備，具體需要安裝各種監(jiān)測設(shè)備及控制裝置進(jìn)行相關(guān)的連接。

數(shù)據(jù)中心是最重要的核心環(huán)節(jié)，其內(nèi)部包含多種數(shù)據(jù)及服務(wù)器隔離裝置等，進(jìn)行存儲查詢以及一系列相關(guān)數(shù)據(jù)操作，而且可以通過通信通道，將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，最終運(yùn)送給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，對于新能源而言，尤其是風(fēng)力光伏發(fā)電等相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行采集，同時方便進(jìn)行后續(xù)處理。

對于部署在終端的電能表而言，其與本地監(jiān)測裝置有所不同，因?yàn)槭褂昧送ㄐ艆f(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，需要根據(jù)規(guī)定對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時發(fā)送，具體的協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，這些都為整體的實(shí)施系統(tǒng)提供了更多的支持。

1.4 系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

1.4.1 雙網(wǎng)平衡分流技術(shù)

在對此在線實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，采用了動態(tài)平衡分流的相關(guān)方法，同時還能夠利用雙網(wǎng)模式進(jìn)行應(yīng)用，該做法的好處不僅能夠保證運(yùn)算快速進(jìn)行，同時能夠準(zhǔn)確傳輸，保持平衡，避免故障帶來的系統(tǒng)影響。

1.4.2 圖模庫一體化技術(shù)

為了更好地動態(tài)展示圖形，需要利用可視化原理及圖模庫。利用這種一體化的系統(tǒng)可以更好地建立整體聯(lián)系，便于約束和限制整個電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，更能夠便于進(jìn)行自動建立，從而簡化整體的設(shè)計流程，避免了人為失誤帶來的影響，能夠保證圖形的一致性及準(zhǔn)確性。

1.4.3 “軟同步”技術(shù)

在面對多組數(shù)據(jù)庫時，該系統(tǒng)能夠利用較高的軟同步技術(shù)，從而使服務(wù)器之間相互配合，這樣能夠改變程序的復(fù)雜程度，使得整體的成本下降，同時得到系統(tǒng)安全保證，降低整體成本。

1.4.4 系統(tǒng)自檢自愈

對于本系統(tǒng)而言，利用自監(jiān)視系統(tǒng)，能夠方便進(jìn)行故障的診斷和分析。這樣提高了系統(tǒng)的智能化，不僅能夠自我監(jiān)測，同時還能夠進(jìn)行問題的查找與分析，出現(xiàn)異常情況后能夠具有自啟動功能。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能定位

對于本系統(tǒng)而言，主要是分析新能源系統(tǒng)的基本情況，包括發(fā)電量及運(yùn)行情況，不僅能夠進(jìn)行在線監(jiān)測及處理，同時還便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析展示，實(shí)現(xiàn)一個動態(tài)化的展示過程。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.2.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)

（1）數(shù)據(jù)采集管理。對于數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)而言，其主要就是對于設(shè)備的參數(shù)以及一些信息進(jìn)行處理占據(jù)重要地位。不僅能夠上傳相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，還可以導(dǎo)入和導(dǎo)出一些非實(shí)時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行維護(hù)。

（2）運(yùn)行監(jiān)測管理。對于系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況而言，其包括維護(hù)及監(jiān)測2部分。尤其是前者在維護(hù)管理方面主要是對信息進(jìn)行挖掘，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)面對異常情況的告警，在圖形輸出方面更加靈活而且直觀。對于監(jiān)測管理環(huán)節(jié)能夠進(jìn)行曲線繪制及用電等相關(guān)環(huán)節(jié)的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)多種多樣的功能，當(dāng)綜合用電時，可以更好地進(jìn)行可靠性等相關(guān)要求，以及性能的分析。

（3）報表管理。所謂報表管理其實(shí)是對復(fù)合曲線及原始的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最終以報表形式進(jìn)行輸出，這樣更方便于用戶的使用。

（4）高級應(yīng)用分析。該部分主要是用戶的個性化操作，由于用戶需求及功能較為多樣，所以需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行個性化的分析以及探討。這就需要進(jìn)行對比分析，評估不同的部分帶來的影響，從而更好地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行情況，對比效率及發(fā)電情況分析，整體的優(yōu)勢利用率等綜合實(shí)際情況。

所以對于本系統(tǒng)而言，其發(fā)展主要立足于未來的系統(tǒng)發(fā)展方向，必須結(jié)合智能電網(wǎng)進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析，資源的利用與企業(yè)復(fù)核的監(jiān)測和控制，對于該系統(tǒng)而言，則對能源及節(jié)能等方面的探索和應(yīng)用，提出了一定的建設(shè)方案。

2.2.2 信息發(fā)布系統(tǒng)

對于該部分而言，由于需要滿足信息發(fā)布，所以需要利用其框架進(jìn)行展示，具體需要支持PC端及移動設(shè)備，這些能夠方便進(jìn)行訪問，而且對于一些新興的平臺也應(yīng)該便于進(jìn)行推送服務(wù)，這樣能夠更好地支持用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理及信息的瀏覽。同時這樣也更有利于整體的進(jìn)步及監(jiān)測，有針對性地進(jìn)行需求管理，對用戶進(jìn)行分類，從不同的角度進(jìn)行展示及分析，具體的展示平臺主要包括面向用戶公眾等相關(guān)方面，可以滿足多角度的監(jiān)測以及多范圍的考核。

3 系統(tǒng)部署及應(yīng)用

目前對于整體新能源在線監(jiān)測系統(tǒng)而言，已經(jīng)在北京市區(qū)范圍內(nèi)展開部署及相關(guān)操作與應(yīng)用，并且大力發(fā)展光伏和風(fēng)能等新能源已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。北京市的待接入項(xiàng)目為1 500個，根據(jù)設(shè)計的相關(guān)規(guī)定，帶采集的指標(biāo)共包括200個，平均每15 min上報，并且要求保證一定裕度，通過這種方式能夠?qū)φw進(jìn)行設(shè)計及部署，而且該系統(tǒng)能夠更好地驗(yàn)證可靠性。

4 綜合效益評價

4.1 社會效益分析

隨著時代進(jìn)步，科技不斷發(fā)展，這也使得全球經(jīng)濟(jì)得到了高速增長。對于工業(yè)而言，傳統(tǒng)能源過多依賴如石油等，給環(huán)境帶來極大的污染，因此人們?yōu)榱烁纳七@一境況，一直在尋求替代能源。這種替代能源不能產(chǎn)生任何溫室氣體或其污染他物質(zhì)，同時作為替代能源使用。

對于我國而言，為了盡量減少傳統(tǒng)能源的依賴度，同時對環(huán)境作出改善，從而大力發(fā)展新能源，對此必須完善新能源監(jiān)控產(chǎn)業(yè)與系統(tǒng)，這樣能夠更好地幫助我國改善能源結(jié)構(gòu)，并且對能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而帶來有利影響，這就要求大力發(fā)展能源的監(jiān)控系統(tǒng)。同時此操作更有助于改善本地的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行程度及電力供應(yīng)相關(guān)情況，可更進(jìn)一步地提升新能源的占比，促進(jìn)新能源的使用。

對于一些新能源監(jiān)控變電站而言，由于其處于能量較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，尤其是太陽能，所以能夠吸引更多的投資并增加相關(guān)的崗位及帶動就業(yè)，這在一定程度上促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)財稅收入的增加，改善了人們的生活水平。

4.2 環(huán)境效益分析

所謂環(huán)境效益，其實(shí)就是新能源監(jiān)測系統(tǒng)對環(huán)境產(chǎn)生的影響，這個影響主要體現(xiàn)在建設(shè)的過程中及建設(shè)完成后，大多為顯性，而且具有正面的積極作用。

在《京都議定書》簽訂之后，世界上的各個國家都制定了一系列目標(biāo)，從而促進(jìn)節(jié)能。針對減排我國也制定了明確的目標(biāo)及規(guī)劃，并且針對節(jié)能減排目標(biāo)不斷完成。我國建立了更多的新能源網(wǎng)站，同時為了滿足電力供應(yīng)的相關(guān)需求，進(jìn)一步完善我國的能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體的排放，從而促進(jìn)新能源設(shè)備的大力投入和生產(chǎn)。正是基于這些原因，所以對新能源的設(shè)備監(jiān)測異常重要。而且為了避免環(huán)境發(fā)生改變，新能源在大力發(fā)展的同時能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)也是未來的發(fā)展方向之一。在我國政府的大力支持下，對于新能源的項(xiàng)目政策發(fā)展得到了有力的支撐，進(jìn)一步促進(jìn)了我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及監(jiān)控系統(tǒng)的投入和使用。這也進(jìn)一步加快了新能源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。

5 結(jié)束語

本文主要針對新能源系統(tǒng)的在線監(jiān)測進(jìn)行分析，由于企業(yè)在線監(jiān)測需要利用到信息技術(shù)，并且以互聯(lián)網(wǎng)作為支持，必須對用戶進(jìn)行更好的監(jiān)測和分析，提供相關(guān)的個性化服務(wù)，尤其是數(shù)據(jù)的采集和處理方面應(yīng)該實(shí)現(xiàn)功能模塊綜合集于一體。本系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了這樣一個功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，同時進(jìn)行展示。

在研發(fā)及分析的過程中，對于不同的項(xiàng)目指標(biāo)也需要進(jìn)行規(guī)范，同時結(jié)合不同的發(fā)電項(xiàng)目及數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及標(biāo)準(zhǔn)化，這也為后續(xù)深入研究提供了相關(guān)支持。后續(xù)將在新能源領(lǐng)域，逐步探索更多的發(fā)展方向，深入挖掘并且進(jìn)一步推動新能源在線監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。