一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。該光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控中心和與所述監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡相連的多個監(jiān)控子系統(tǒng)，所述監(jiān)控子系統(tǒng)的內部各裝置之間通過現(xiàn)場總線相連。LonWorks總線技術在實時性、可靠性、維護性、實現(xiàn)性等方面具有顯著優(yōu)點，基于此開發(fā)的本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)具有功能全面、組網(wǎng)靈活、安裝方便、穩(wěn)定可靠、反應迅速等特點，能夠有效提高大型光伏電站的運行維護效率。
【專利說明】一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及通訊領域，尤其涉及一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，世界范圍內的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，近10年全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)年均增長41.3%，近5年為49.5%，而中國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能光伏電池組件的生產(chǎn)國，約占世界總產(chǎn)量的40%以上。
[0003]2009年3月，財政部發(fā)布并實施“太陽能屋頂計劃”，支持開展光電建筑應用示范，通過20兀/Wp定額補助，推廣城市光電建筑一體化利用、農(nóng)村及偏遠地區(qū)建筑光電利用。2009年7月，財政部等三部門又共同推出“金太陽工程”，計劃在三年內投入30億資金，補助不低于500MW的光伏發(fā)電項目，單個項目將得到相當于其建設費用50%~70%的補助。在這一系列支持政策的刺激下，我國已投入運行、在建及規(guī)劃中的太陽能光伏電站數(shù)量和規(guī)模正在逐年大幅攀升。
[0004]根據(jù)并網(wǎng)電壓等級和裝機容量的不同，光伏電站可以分為小型、中型和大型；根據(jù)建設形式的不同，光伏電站又可分為離網(wǎng)型、用戶側并網(wǎng)型及大型并網(wǎng)型。目前，在我國已建成或在建的光伏電站中，大型并網(wǎng)光伏電站占據(jù)了很大比例，這是在太陽能資源發(fā)達地區(qū)的主要建設形式。
[0005]大型光伏電站必須配備自動運行、功能完善的監(jiān)控系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)或變電站綜合自動化系統(tǒng)。相對來說，大型光伏電站內設備種類不及傳統(tǒng)電廠豐富，生產(chǎn)控制流程也不太復雜。但其典型特點是裝機容量大(IOMW以上)、占地面積廣(150畝以上)，且地理位置偏僻、維護人員很少，這就要求生產(chǎn)運行、設備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安保技防等各環(huán)節(jié)集中統(tǒng)一起來，且能夠適應其位置分散、配置靈活的特點?；诂F(xiàn)場總線設計的大型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足這些要求。
[0006]Lonfforks技術是目前控制領域的主流現(xiàn)場總線技術之一，其采用的LonTalk協(xié)議遵循 ISO (International Organizationfor Standardization,國際標準化組織)/OSI(Open System Interconnect,開放式系統(tǒng)互聯(lián))參考模型,實現(xiàn)了 OSI所定義的全部7層協(xié)議，這是目前唯一提供全部7層協(xié)議的現(xiàn)場總線。
[0007]LonWorks總線技術的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip), LonTalk協(xié)議被完整的內置在神經(jīng)元芯片中。這樣，只要在設備中嵌入神經(jīng)元芯片和合適的軟硬件接口，設備就能夠被安裝到LonWorks控制網(wǎng)絡中。神經(jīng)元芯片內包括3個8位CPU，以并行方式工作--第一個CPU為介質訪問控制器，處理LonTalk協(xié)議的第一、第二層；第二個CPU為網(wǎng)絡處理器，處理LonTalk協(xié)議的第三到第六層；第三個CPU為應用處理器，執(zhí)行用戶代碼以及用戶調用的操作系統(tǒng)服務。
實用新型內容
[0008]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，提高大型光伏電站的運行維護效率。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心和與所述監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡相連的多個監(jiān)控子系統(tǒng)，所述監(jiān)控子系統(tǒng)的內部各裝置之間通過現(xiàn)場總線相連，所述通信網(wǎng)絡包括互連的以太網(wǎng)和光纖環(huán)網(wǎng)，所述以太網(wǎng)與所述監(jiān)控中心相連，所述光纖環(huán)網(wǎng)與所述監(jiān)控子系統(tǒng)相連，所述監(jiān)控子系統(tǒng)中包括通信裝置和多個測控終端，所述通信裝置與所述通信網(wǎng)絡相連，所述測控終端與所述通信裝置通過現(xiàn)場總線相連。
[0010]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述監(jiān)控子系統(tǒng)中還包括安保技防子系統(tǒng)。
[0011]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述測控終端為光伏匯流箱測控終端。
[0012]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述測控終端為直流防雷配電柜測控終端。
[0013]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述測控終端為逆變器測控終端。
[0014]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述測控終端通過雙絞線連接到所述現(xiàn)場總線上。
[0015]進一步地，上述光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可具有以下特點，所述通信裝置通過雙絞線連接到所述現(xiàn)場總線上。
[0016]LonWorks總線技術在實時性、可靠性、維護性、實現(xiàn)性等方面具有顯著優(yōu)點，基于此開發(fā)的本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)具有功能全面、組網(wǎng)靈活、安裝方便、穩(wěn)定可靠、反應迅速等特點，能夠有效提聞大型光伏電站的運行維護效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的一個具體結構圖；
[0019]圖3為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)的拓撲結構示意圖；
[0020]圖4為本實用新型實施例中測控終端的基本結構圖；
[0021]圖5為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的軟件架構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0023]圖1為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖。如圖1所示，本實施例中，光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控中心和多個監(jiān)控子系統(tǒng)，多個監(jiān)控子系統(tǒng)與監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡相連，監(jiān)控子系統(tǒng)的內部各裝置之間通過現(xiàn)場總線相連。
[0024]監(jiān)控中心與監(jiān)控子系統(tǒng)的架構可以采用樹形可拓展結構。采用樹形可拓展結構的好處是:每一個監(jiān)控子系統(tǒng)獨立形成標準模塊化監(jiān)控單元，支持雙向傳輸，且易于后期橫向擴展，該架構成本較低，不易造成大面積故障產(chǎn)生且方便及時處理。[0025]監(jiān)控中心是整個光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的核心。監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡與各監(jiān)控子系統(tǒng)進行信息交互，完成運行監(jiān)測、命令下達、數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)顯示、統(tǒng)計分析等功能，并接受調度指令，進行光伏電站的有功或無功功率控制。
[0026]其中，通信網(wǎng)絡可以包括互連的以太網(wǎng)和光纖環(huán)網(wǎng)，以太網(wǎng)與監(jiān)控中心相連，光纖環(huán)網(wǎng)與所述監(jiān)控子系統(tǒng)相連。
[0027]其中，監(jiān)控子系統(tǒng)中可以包括通信裝置和多個測控終端，通信裝置與通信網(wǎng)絡相連，測控終端與通信裝置通過現(xiàn)場總線相連。測控終端可以包括光伏匯流箱測控終端(與光伏匯流箱相連)、直流防雷配電柜測控終端(與直流防雷配電柜相連)、逆變器測控終端(與逆變器相連)等。測控終端可以通過雙絞線連接到現(xiàn)場總線上。述通信裝置也可以通過雙絞線連接到現(xiàn)場總線上。
[0028]其中，監(jiān)控子系統(tǒng)中還可以包括安保技防子系統(tǒng)。
[0029]其中，本實用新型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)中采用的的現(xiàn)場總線可以為LonWorks總線。當被應用于大型光伏電站監(jiān)控時，Lonfforks總線技術具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在:
[0030](I)可選用雙絞線、電力線、光纖等多種物理介質，并且已經(jīng)有整合了神經(jīng)元芯片與物理層的智能收發(fā)器芯片。智能收發(fā)器目前包括雙絞線和電力線兩種物理層，其中雙絞線物理層電氣性能達到2km/78kbps ;電力線物理層能夠耦合到供電線上，靈敏度可達-80dB，并在兩個波段上分別提供3.6kbps和5.4kbps的通信速率。
[0031](2)基于LonWorks的設備可以采用分布式的對等通信方式，構成分布式控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡中的每一個設備都能夠在不依賴其他設備的情況下獨立的接收、發(fā)送和處理網(wǎng)絡信息。這意味著每個LonWorks設備都能夠自主進行決策和信息處理，而不依賴于中央處理器，任意節(jié)點的故障也不會造成系統(tǒng)癱瘓。
[0032](3)網(wǎng)絡拓撲結構靈活多變?？梢允褂每偩€形、星型、環(huán)形等多種網(wǎng)絡拓撲結構，從而大大降低了建設與維護的工作量。
[0033](4)Lonfforks網(wǎng)絡節(jié)點之間使用邏輯連接，很容易添加和刪除節(jié)點，便于系統(tǒng)調整和擴充。
[0034](5)LonTalk協(xié)議可以根據(jù)不用的應用環(huán)境而靈活配置，該協(xié)議嚴格按照OSI七層模型設計，并且完全開放。
[0035]圖2為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的一個具體結構圖。圖2中，調度工作站、管理工作站、出力預測工作站、操作員工作站、服務器主機、服務器備機、GPS (GlobalPositioning System,全球定位系統(tǒng))系統(tǒng)、EMS (Energy Management System,能源管理系統(tǒng))調度系統(tǒng)、遠程工作站都屬于光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心。
[0036]圖2中，安防系統(tǒng)(安保技防系統(tǒng)的簡稱)、通信單元(也即通信裝置)、現(xiàn)場測控終端都屬于光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)。
[0037]通信單元負責完成數(shù)據(jù)預處理和規(guī)約轉換，是信息上傳下達的關鍵設備。監(jiān)控子系統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議和其他通信協(xié)議將通過規(guī)約轉換和隧道技術在TCP/IP網(wǎng)絡上完成傳送。測控終端是光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)中最基本的設備。通信單元可以采用高性能的嵌入式系統(tǒng)，支持 LonTalk 協(xié)議和 IEC60870-5-101、IEC50870-5-103、IEC50870-5-104、CDT 等通信規(guī)約，具備多個LonWorks雙絞線、以太網(wǎng)、RS232、RS485接口，可以同時與多臺不同通信介質的測控終端進行信息交互，并能正確接收、識別、處理、執(zhí)行監(jiān)控中心的遙控命令。[0038]測控終端負責完成末端的數(shù)據(jù)采集與命令下達，并與通信單元進行交互。根據(jù)測控對象、處理能力和通信介質的不同，測控終端也分為不同類型，以達到靈活部署、降低成本的目的。測控終端直接面向測控對象完成數(shù)據(jù)采集上傳與控制命令下達的任務。測控終端的核心器件是微處理器和智能收發(fā)器，根據(jù)應用環(huán)境的不同，微處理器可以采用ARM7、ARM9或PowerPC，智能收發(fā)器可以選擇電力線或雙絞線物理層。具體的，微處理器承擔數(shù)據(jù)采集、預處理以及控制命令辨識等功能，而智能收發(fā)器負責在LonWorks總線上收發(fā)數(shù)據(jù)。測控終端的基本結構可以如圖4所示。圖4為本實用新型實施例中測控終端的基本結構圖。
[0039]圖2中、以太網(wǎng)和光纖環(huán)網(wǎng)構成了連接監(jiān)控中心和監(jiān)控子系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡。光纖環(huán)網(wǎng)是光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的骨干通信網(wǎng)。光纖環(huán)網(wǎng)的物理介質采用IOOM或1000M單模光纖，通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，具有速度快、實時性好、可靠性高的優(yōu)點，可配置為單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)形式，監(jiān)控中心和各監(jiān)控子系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(即圖2中的光纖交換機)接入光纖環(huán)網(wǎng)。
[0040]監(jiān)控子系統(tǒng)由各種測控終端、現(xiàn)場總線以及安防系統(tǒng)組成，并一同接入工業(yè)以太網(wǎng)交換機。大型光伏電站一般以500kW或IMW容量為一個光伏發(fā)電單元，監(jiān)控子系統(tǒng)的功能范圍就是以光伏發(fā)電單元為依據(jù)來界定的。監(jiān)控子系統(tǒng)的拓撲結構如圖3所示。圖3為本實用新型實施例中光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)的拓撲結構示意圖。圖3中，光伏匯流箱的測控終端(稱為光伏匯流箱測控終端)以電力線載波方式通過直流電纜通信，直流防雷配電柜的測控終端(稱為直流防雷配電柜測控終端)接收載波信號，并通過雙絞線將光伏匯流箱與自身的監(jiān)測數(shù)據(jù)一起發(fā)送到現(xiàn)場總線上。
[0041]本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)具有SCADA (Supervisory Control And DataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)功能。SCADA功能可以分為操作類和管理類兩大類，數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、事件記錄等屬于操作類功能，而用戶管理、安全管理、系統(tǒng)設置、時間同步等屬于管理類功能，其中較為重要的功能包括:
[0042](I)數(shù)據(jù)采集與處理。系統(tǒng)通過前置通信服務器接收來自各通信單元的實時數(shù)據(jù)。對于實際測點，根據(jù)模擬量、狀態(tài)量、電度量等不同數(shù)據(jù)類型分別進行預處理；對于計算測點，通過計算引擎和計算規(guī)則在線完成計算任務。
[0043](2)狀態(tài)監(jiān)測與評估。監(jiān)控中心能通過顯示器對光伏電站主要設備運行參數(shù)和運行狀態(tài)進行監(jiān)測，通過系統(tǒng)配置圖、電氣接線圖、過程曲線圖、統(tǒng)計報表等畫面展示系統(tǒng)的各個細節(jié)，并評估系統(tǒng)的生產(chǎn)運行狀態(tài)。
[0044](3)設備操作與控制。監(jiān)控中心能夠對光伏電站主要設備進行遠程控制，控制命令通過通信單元下達。使能遠程控制功能后，監(jiān)控中心可以在畫面上對逆變器進行起機、停機、限制出力等基本控制，以及對各電壓等級斷路器、隔離開關等進行遙控操作。
[0045](4)系統(tǒng)報警與診斷。系統(tǒng)報警可分為兩種類型，一種是事故報警，另一種是預警報警。系統(tǒng)報警一般包括逆變器主動上報故障信息，以及非計劃性斷路器跳閘等；事故報警包括一般設備變位、采集數(shù)據(jù)異常、趨勢報警等。報警信號以圖形、文字、語音等形式發(fā)出，并提供輔助診斷信息。
[0046](5)事件記錄與追憶。當光伏電站或電網(wǎng)發(fā)生事故時，監(jiān)控系統(tǒng)自動提取故障前后指定時間段內的有關信息以供分析，事故追憶的可通過關鍵故障條件自動觸發(fā)，也能夠以用戶指定的方式啟動。
[0047]本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還具有以下高級應用功能:
[0048]( I)有功/無功自動聯(lián)合控制。有功自動聯(lián)合控制是指根據(jù)電網(wǎng)調度指令或系統(tǒng)運行狀態(tài)，對系統(tǒng)總有功輸出以及系統(tǒng)內各逆變器的有功輸出進行聯(lián)合調控分配，以滿足電網(wǎng)調度要求，并優(yōu)化系統(tǒng)運行效率。無功自動聯(lián)合控制是指根據(jù)電網(wǎng)調度指令或接入電網(wǎng)狀態(tài)，利用逆變器可以在0.95 (超前)?0.95 (滯后)功率因數(shù)范圍內平滑輸出無功功率的能力，對系統(tǒng)內SVC/SVG和各逆變器的無功輸出進行聯(lián)合調控分配，從而滿足電網(wǎng)對接入點電壓的要求。
[0049](2)光伏功率預報。監(jiān)控系統(tǒng)中設計了與光伏功率預報系統(tǒng)的信息接口，預報系統(tǒng)可以從監(jiān)控系統(tǒng)中獲取運行數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，也可以通過監(jiān)控系統(tǒng)將短期光伏功率預報數(shù)據(jù)發(fā)往調度中心。
[0050]本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可以具有環(huán)境監(jiān)測功能。大型光伏電站占地面積大、工作人員少、維護難度大，特別是當光伏電池組件表面存在污染或遮擋時對系統(tǒng)發(fā)電量影響非常大。將環(huán)境監(jiān)測功能納入監(jiān)控系統(tǒng)體系中，對電站內光伏電池表面污染狀況、空氣質量、蓄水池水量(用于清洗光伏電池)等環(huán)境數(shù)據(jù)進行連續(xù)監(jiān)測，可以有效提升系統(tǒng)發(fā)電效率，減少維護工作量。
[0051]本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)還可以具有安保技防功能。安保技防功能包括視頻監(jiān)視、紅外探測、聲光報警以及應急照明等四個主要環(huán)節(jié)，對光伏電站完成無盲區(qū)覆蓋，工作人員通過該功能可以提高安保水平、降低工作強度，該功能同時也為環(huán)境監(jiān)測和設備運行監(jiān)視提供了技術手段。
[0052]本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的軟件采用分層分布的跨平臺開放式系統(tǒng)架構，如圖5所示。支撐平臺系統(tǒng)由消息/服務軟總線、系統(tǒng)管理服務、安全防護服務、實時數(shù)據(jù)服務、歷史數(shù)據(jù)服務、業(yè)務運算服務和公共服務構成，其中公共服務包括數(shù)據(jù)服務、模型服務、文件服務、畫面服務、告警服務、權限服務、報表服務、日志服務等組件。SCADA等應用功能在支撐平臺系統(tǒng)上運行。圖5中的操作系統(tǒng)可以是Windows、Linux、Solaris、HP UX等。
[0053]LonWorks總線技術在實時性、可靠性、維護性、實現(xiàn)性等方面具有顯著優(yōu)點，基于此開發(fā)的本實用新型的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)具有功能全面、組網(wǎng)靈活、安裝方便、穩(wěn)定可靠、反應迅速等特點，能夠有效提聞大型光伏電站的運行維護效率。
[0054]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)控中心和與所述監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡相連的多個監(jiān)控子系統(tǒng)，所述監(jiān)控子系統(tǒng)的內部各裝置之間通過現(xiàn)場總線相連，所述通信網(wǎng)絡包括互連的以太網(wǎng)和光纖環(huán)網(wǎng)，所述以太網(wǎng)與所述監(jiān)控中心相連，所述光纖環(huán)網(wǎng)與所述監(jiān)控子系統(tǒng)相連，所述監(jiān)控子系統(tǒng)中包括通信裝置和多個測控終端，所述通信裝置與所述通信網(wǎng)絡相連，所述測控終端與所述通信裝置通過現(xiàn)場總線相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控子系統(tǒng)中還包括安保技防子系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述測控終端為光伏匯流箱測控終端。
4.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述測控終端為直流防雷配電柜測控終端。
5.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述測控終端為逆變器測控終端。
6.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述測控終端通過雙絞線連接到所述現(xiàn)場總線上。
7.根據(jù)權利要求1所述的光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述通信裝置通過雙絞線連接到所述現(xiàn)場總線上。
【文檔編號】H02J13/00GK203537064SQ201320525991
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權日:2013年8月27日
【發(fā)明者】胡博然, 盛建安 申請人:中興能源光能技術有限公司