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光伏電站中能看見的和不讓看的“監控系統”

   2018-07-09 索比光伏網張喆88480
核心提示:本章節主要介紹光伏電站中我們能看見的監控系統,和不讓我們看的監控系統。1 我們能看見的監控系統1.1 功能介紹在光伏圈里,上
 本章節主要介紹光伏電站中我們能看見的“監控系統”,和不讓我們看的“監控系統”。

1 我們能看見的監控系統

1.1 功能介紹

在光伏圈里,上海淘科是最早做監控系統的公司之一。旗下的綠色電力網就是一個典型的綜合管理平臺。(如圖1、圖2)

圖1


圖2
 
這種管理平臺非常便于電站的管理,監控系統提供功能選擇畫面,并對光伏陣列現場環境進行實時監控與顯示,如室外溫度值、濕度百分比、光照度及陣列表面溫度值等。

監控系統可分區域實時監控各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息,并對故障點進行異常顯示與報警提示。

監控系統可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等,直流側輸入電流實時曲線、交流側逆變輸出電流曲線,并采集與顯示日發電量等電參量。(圖2)

監控系統可針對光伏發電現場的各種事件進行記錄,如:通訊采集異常、開關變位、操作記錄等,時間記錄支持按類型查詢,并可對越限報警進行更改設置。

監控系統對光伏發電的發電量可形成月棒圖及年度棒圖顯示,并折算成二氧化碳、二氧化硫減排量值;并可查看太陽輻射強度趨勢曲線、風速變化趨勢曲線顯示。

1.2 監控結構拓撲

1.2.1大型地面電站

目前大型地面電站的監控是從智能光伏匯流箱開始的。匯流箱里集成了一個檢測模塊,這種模塊可以檢測每一個組串的電壓和電流信息。通過RS485通訊模塊輸入到最近的數據采集器中。

500KW的直流配電柜里一般匯聚了6-7路直流匯流箱,同時也配備了電壓電流測量設備。也通過RS485通訊模塊輸入到最近的數據采集器中。

500KW逆變器中集中了交、直流電流電壓傳感器。可以直接跟數據采集器直接通訊。


 
圖3 監控拓撲
 
1.2.2分布式電站(組串逆變器)

若干臺逆變器通過幾路RS485接入到數據采集器中,通訊協議為Modbus-RTU。數據采集器與后臺監控系統采用以太網通訊,通訊協議Modbus_TCP。電表的通訊方式為RS485,符合Modbus-RTU協議條件下可以直接接入數采,數采會自動將ModbusRTU協議轉換成Modbus-TCP協議通過以太網與后臺通訊。



 
圖4 監控拓撲

1.2.3 現場監控

現場監控主要有兩部分功能:一部分是對現場故障采取應急啟停控制;另一部分是通過現場設備上所安裝的人性化LCD顯示屏(中英文菜單)實時顯示各項運行數據、故障數據、一定時間內的歷史故障數據、總發電量數據和一定時間內的歷史發電量數據等,使現場巡查人員能夠方便、及時地掌握該設備的整體信息。LCD人機界面選擇液晶顯示器,選擇單片機進行控制,通過Modbus協議與DSP控制板進行通信。為了更清楚地了解當前設備的各種信息并發送控制,液晶顯示屏的功能設計非常重要。LCD顯示屏上顯示運行信息、故障記錄、啟停控制和參量設置。運行信息中顯示電網電壓、并網電流、輸出功率、電網頻率、機內溫度、當天發電量、月發電量、年發電量、總發電量、運行時間等信息。參量設置界面可以實現時鐘調整、電流給定、電壓給定、電量補償等功能。

1.2.4 上位機監控


現場設備上裝有RS485通訊接口,采用Modbus通汛協議,采集的數據通過Rs485總線傳輸到上位機監控室中實現遙測、遙信。上位機監控功能是由本地監控計算機完成的。監控計算機上安裝有專門的監控軟件,將采集的數據進行存儲、分析,通過各種樣式的圖形圖表快速反映現場設備的運行情況,將需要的數據生成報表并打印導出,進行更為專業的計算分析。操作人員通過該軟件輸入相應的控帶0信息,改變設備的運行狀態,實現遙控.本地監控室中還有專門的計算機作為系統的Web服務器,將現場設備的運行情況發布到網上,實現遠程監控。在本地監控計算機上采用C/S模式,實現對各個設備的監控。

1.2.5 實際案例

某新能源有限公司20MW光伏發電集中成片示范項目按照數字化光伏電站監控系統硬件單元來配置硬件產品, 分為環境氣象站、數據存儲顯示及上傳系統、數據采集通訊系統、軟件管理系統四個部分。可以實現:光伏電站的數據采集、協議轉換、電壓轉換、網絡通訊、數據存儲、數據顯示、數據操作、數據上傳等功能。

(1) 氣象站


硬件設備由輻照儀、風速儀、風向儀、電池板溫度傳感器、環境溫濕度傳感器、監測控制盒、三角支架組成。環境設備固定安裝在德容子電站樓頂上,通過RS485屏蔽雙絞線接入到逆變器房,通過WL無線采集器將數據傳輸到總部上位機進行數據通訊,同時系統采集環境監測站的太陽輻照度、環境溫濕度、電池板溫度、風速、風向環境實時數據。

(2)數據存儲顯示及上傳系統

在數據處理及存儲系統中,以工控機為核心,旨在為電站項目構建電站本地/遠程數據庫,實現電站數據本地的存儲和處理以及滿足鑒衡數據驗收要求。數據存儲及顯示系統可上傳逆變器設備運行數據和包括輻照度、日發電量、總發電量、CO2減排量,組件溫濕度,環境溫濕度在內的實時信息。 為保證整個數據系統的穩定和安全性,在主站數據處理及存儲系統中,主要設備包括:

1.工控機及顯示器1套:用于值班人對監控裝置的動態參數進行數據采集和數據存儲,建立設備狀態綜合數庫,并預留擴展空間。配備19寸顯示器及鍵鼠,用于整個監控系統的維護、管理,可完成數據庫的定義、修改,系統參數的定義、修改,報表的制作、修改,以及網絡維護、系統診斷;

2.網絡交換機1臺:24口機架式網絡交換機傳輸速率100Mbps,與服務器進行數據交換;

3.智能通訊前端服務器1臺:光伏電站所有數據通過智能通訊前端服務器SmartLogg300將數據從本地上傳至鑒衡數據中心;

4.UPS不間斷電源:保護系統在突然斷電而影響正常工作,導致設備造成損害;

5.PC機操作站:用于整個監控系統的維護、管理,可完成數據庫的定義、修改,系統參數的定義、修改,報表的制作定義、修改,系統參數的定義、修改,報表的制作、修改,以及網絡維護、系統診斷等工作; 以上設備集成在1臺標準42U通訊柜中,機柜內配置必要的數據通訊模塊,電源模塊,防雷保護模塊、斷路保護模塊等。

(3)數據采集通訊系統

電站現場設備監測點分散廣、距離遠的特點,數據采集通訊系統主要以WLAN為通訊傳輸方式。通過與業主溝通,數據采集通訊系統擬采用有線+無線結合的方式通訊

 
圖5整站拓撲
 
2.光伏功率預測系統

2.1 什么是光伏功率預測

太陽能發電等可再生能源發電具有間歇性強、突變性大、可調度性弱等特點,大規模接入后對電網運行會產生較為明顯的影響。該項技術是提高電網調峰能力、增強電網接納光電的能力、改善電力系統運行安全性與經濟性的最為有效、經濟的手段之一。從發電企業角度考慮,精準的光伏功率預測將使得光電可以積極地參與市場競爭,規避由供電的不可靠性而受到的經濟懲罰。

打個比方,一個有1000人的小區樓下有一個儲蓄所。這個儲蓄所日常有50萬的現金就可以應對1000人存取款。幾年后這個地方又蓋了好幾個小區。這時候50萬的現金儲備就肯定不夠用了。這時候就要對日常的存取款量進行分析,上級銀行會根據數據分析是增加現金儲備,還是新增營業網點。

2.2 光伏功率的重要作用

光伏發電具有間歇性、隨機性和波動性,由此給電網的安全運行帶來了一系列問題,電網調度部門傳統的做法只能采取拉閘限電這樣的辦法。隨著光伏發電站電網電源結構比重的增加,光伏功率預測系統變得尤為重要,光伏功率預測越準,光伏并網給電網的安全運行帶來的影響就越小,就能夠有效的幫助電網調度部門做好各類電源的調度計劃。光伏功率預測越準,電網就會減少光伏限電,由此大大提高了電網消納陽光的能力,進而減少了由于限電給光伏業主帶來的經濟損失,增加了光伏電站投資回報率。

國際上最早進行光伏預測研究的是美國科學家Jensenius,他在1981年提出了利用模式輸出統計系統進行光伏預測的方法。

1.短期預測電站次日0時至未來72小時的功率預測,時間分辨率為15分鐘一個點,按調度要求進行自動上傳。

2.超短期預測電站未來15分鐘至4小時的功率預測,時間分辨率為15分鐘一個點,每15分鐘滾動上傳至調度。

光功率預測是監控的一種,由于專業性極強,且只針對電網。除了技術人員很少了解這種設備的存在。我們可以認為這種系統是不友好的。其實光伏系統里還有很多“不友好的系統”。

3 “不讓我們看的”監控系統

3.1 電力系統安全性的重要

現在電力安全已經成為一個世界性問題,經濟越發展,由電力系統造成的影響就越大,由電網造成的經濟及政治的事件在國內外也屢見不鮮。說到電力安全生產,人們往往想到的是不發生人身傷亡事故,不發生主要設備損壞事故,不發生火災,不發生系統大面積停電事故。大電力系統具有明顯的優越性,可以合理開發與利用能源,節省投資與運行費用,增加對用戶的供電安全性等。各個地區可以互相交換電力,如我國從華中電網向華東上海和廣東供電. 但是大電網也帶來潛在威脅如局部電網某些個別問題,特別是個別地區,設備發生事故,影響將波及鄰近的廣大地區,引起連鎖反應,發生大面積停電事故。僅2003 年,美國、加拿大、英國等國相繼出現大面積停電事故,其中8月14日美國及加拿大出現的大面積停電事故波及24000多平方公里、受影響的人達500 萬,僅美國紐約地區就停電29小時,經濟損失達120美元。

光伏發電要并入國家電網,就必須受到國家電網的控制和調度。一個光伏發電系統,從變壓器開始到并網點之間的所有設備,斷路器、負荷開關、測量設備都需要被電網監控,而且是電網的專網監控。設備被監控是因為,是因為要調度。電網專網監控,是為了電網安全。

3.2電力系統“遠動”和“四遙”

由于電能生產的特點,能源中心和負荷中心一般相距甚遠,電力系統分布在很廣的地域,其中發電廠、變電所、電力調度中心和用戶之間的距離近則幾十公里,遠則幾百公里甚至數千公里。要管理和監控分布甚廣的眾多廠、所、站和設備、元器件的運行工況,已不能用通常的機械聯系或電聯系來傳遞控制信息或反饋的數據,必須借助于一種技術手段,這就是遠動技術。

它將各個廠、所、站的運行工況(包括開關狀態、設備的運行參數等)轉換成便于傳輸的信號形式,加上保護措施以防止傳輸過程中的外界干擾,經過調制后,由專門的信息通道傳送到調度所。在調度所的中心站經過反調制,還原為原來對應于廠、所、站工況的一些信號再顯示出來,供給調度人員監控之用。調度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠方廠、所、站,驅動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、遙信、遙調、遙控,所以,遠動技術是四遙的結合。

3.2.1 遙測

遙測信息是RTU采集到的電力系統運行的實時參數,如發電機出力,母線電壓,系統中的潮流,有功負荷和無功負荷,線路電流,電度量等測量信息。

目前我們能見到監控系統,用于電站運維的監控系統。都屬于“遙測”這個范疇。主要的功能就是“能看見”看見電流、電壓的數據。如果用高靈敏度的測量儀器,就能做到“看的清”。但是我們在“遙測”這次個層面上只能做到“看”,而不能“動”。

3.2.2 遙信

遙信功能通常用于測量下列信號,開關的位置信號、變壓器內部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設備運行狀況信號、調壓變壓器抽頭位置信號。

說的簡單些,匯流箱里面有16個熔絲、一個斷路器、一個防雷器。

如果這18個設備都正常,在計算機系統里就顯示18個“0”如果有幾個不工作了,就顯示相應的幾個“1”。

不過,目前從成本和必要性來說。匯流箱、直流柜、逆變器都不會被“遙信”。

3.2.3遙控

遠程控制。接受并執行遙控命令,主要是分合閘,對遠程的一些開關控制設備進行遠程控制。

調度中心對遠端的光伏電站并網點進行分合閘的操作,這個操作是電力系統做的,業主做不了,也不能讓業主操作。

3.2.4 遙調


接受并執行遙調命令,對遠程的控制量設備進行遠程調試,如調節發電機輸出功率。光伏電站沒有機械部件,能夠被遙調的設備不多。但是在電力系統中的作用非常重要。
 
標簽: 光伏監控
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