李婷婷

摘要：為了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰及碳中和的目標(biāo)，需要大力發(fā)展新能源，提高新能源在電力能源體系中的占比。其中以光伏為代表的新能源裝機(jī)容量提升較快，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中的重要能源類型。其中分布式光伏由于建設(shè)場(chǎng)景較為靈活，總裝機(jī)容量較大，需要對(duì)眾多分布式光伏電站加強(qiáng)監(jiān)控，以保證分布式光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行。本文系統(tǒng)分析了分布式光伏電站的智能監(jiān)控技術(shù)，并介紹了分布式光伏電站管控平臺(tái)的開發(fā)原理。

關(guān)鍵詞：分布式? 光伏電站 智能監(jiān)控? 平臺(tái)開發(fā)

Development of Intelligent Monitoring Technology and Platform for Distributed Photovoltaic Power Stations Research and Development

LI? Tingting

（National Grid Gansu Electric Power Company， Gannan Power Supply Company， Gannan， Gansu Province， 747000 China ）

Abstract： In order to achieve the goal of carbon peak and carbon neutrality， it is necessary to vigorously develop new energy sources， increasing the proportion of new energy in the power energy system. Among them， the installed capacity of new energy， represented by photovoltaic， increases rapidly， and has become an important type of energy in power system. Because of the flexible construction scene and large total installed capacity， it is necessary to monitor and control many distributed PV power plants to ensure the stable operation of distributed PV power plants. In this paper， the intelligent monitoring technology of distributed pv power station is analyzed， and the development principle of management and control platform of distributed pv power station is introduced.

Key Words： Distributed; Photovoltaic power station; Intelligent monitoring; Platform development

分布式光伏電站在地理位置分布上較為復(fù)雜，包括屋頂、山區(qū)等場(chǎng)合，采用傳統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏電站的有效監(jiān)視及控制，并且監(jiān)控的效率及準(zhǔn)確度相對(duì)都不高。為此有必要構(gòu)建高效的分布式光伏電站監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站內(nèi)不同廠商、不同類別、不同型號(hào)的逆變器及其他設(shè)備的有效管理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)所有光伏電站的完整、統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，更好地保障分布式光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。本文首先分析了分布式光伏的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)電特性，其次闡述了具體的分布式光伏電站智能監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)原理及監(jiān)控系統(tǒng)所具備的功能，最后分析了分布式光伏電站管控平臺(tái)的開發(fā)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安防技術(shù)等。

1 分布式光伏的發(fā)電特性

1.1 分布式光伏的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前無(wú)論是分布式光伏還是集中式光伏，裝機(jī)容量都在快速增加，發(fā)展形勢(shì)較好，光伏發(fā)電在電力消費(fèi)中的占比也在顯著提升。分布式光伏一般接入配電網(wǎng)，使得配電網(wǎng)中的功率具備雙向流動(dòng)的特征，今后還將有大量的分布式光伏電站接入系統(tǒng)。但當(dāng)大規(guī)模的分布式光伏接入系統(tǒng)之后，需要對(duì)這些分布式光伏電站進(jìn)行監(jiān)控，才能夠掌握光伏電站的具體運(yùn)行信息，從而指導(dǎo)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

1.2 分布式光伏的發(fā)電特性

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是依靠太陽(yáng)能電池板接受太陽(yáng)光照強(qiáng)度，并將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，故其出力大小和光伏陣列中所接受到的光照強(qiáng)度具有直接的關(guān)系。在發(fā)電特性上，表現(xiàn)為白天的出力較大，而晚上沒(méi)有太陽(yáng)光照的時(shí)段則出力為零。光伏出力除了具有這一波動(dòng)性之外，還具有隨機(jī)性，要求電力系統(tǒng)具備一定的正旋轉(zhuǎn)備用容量和負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量，以滿足系統(tǒng)功率實(shí)時(shí)平衡的要求。

2 分布式光伏電站的智能監(jiān)控技術(shù)

2.1 分布式光伏電站智能監(jiān)控的原理

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏電站的智能監(jiān)控，在光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)中需要用到監(jiān)控功能模塊、感應(yīng)功能模塊和計(jì)算功能模塊等。其中利用監(jiān)控功能模塊，可以對(duì)分布式光伏電站中的逆變器等元件及電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。感應(yīng)功能模塊主要是由溫度傳感器及光學(xué)傳感器等組成。溫度傳感器用來(lái)采集光伏電站設(shè)備的運(yùn)行溫度信息，當(dāng)溫度超過(guò)了所設(shè)定的閾值時(shí)，應(yīng)可靠發(fā)出告警信息[2]。光學(xué)傳感器可以用來(lái)監(jiān)控光伏電站中的太陽(yáng)光強(qiáng)度，從而更好地對(duì)分布式光伏電站進(jìn)行管理。計(jì)算功能模塊則可以對(duì)所采集到的光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出具體的光伏電站運(yùn)行狀態(tài)結(jié)果。同時(shí)在分布式光伏電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)中，可以分為子站和主站兩個(gè)層級(jí)，通過(guò)統(tǒng)一的通信規(guī)約和通信程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集上送及運(yùn)行控制指令下發(fā)。

2.2 分布式光伏電站智能監(jiān)控的功能

構(gòu)建分布式光伏電站智能監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)于優(yōu)化分布式光伏電站的運(yùn)行也具有重要作用。當(dāng)分布式光伏電站的裝機(jī)容量較大時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)一定的影響，甚至?xí)?duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。而采用分布式光伏電站智能監(jiān)控平臺(tái)，可以對(duì)轄區(qū)內(nèi)各個(gè)分布式光伏電站的運(yùn)行情況進(jìn)行有效的控制，如圖1所示為光伏電站的功率控制指令發(fā)送基本流程圖。

從圖1中可以看出，分布式光伏電站監(jiān)控平臺(tái)可以根據(jù)當(dāng)前的各電站出力情況、日前計(jì)劃、調(diào)峰約束、光伏接納能力等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行整體的功率分配計(jì)算，并給各個(gè)分布式光伏電站下達(dá)發(fā)電計(jì)劃。各個(gè)電站的實(shí)際出力數(shù)據(jù)需要在計(jì)劃值的范圍內(nèi)，這樣就能夠正常在整個(gè)電網(wǎng)全局范圍內(nèi)，對(duì)各個(gè)分布式光伏電站進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度，從而優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行。

3 分布式光伏電站管控平臺(tái)的開發(fā)技術(shù)

3.1 分布式光伏電站管控平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

在開發(fā)分布式光伏電站管控平臺(tái)之前，首先需要設(shè)計(jì)好分布式光伏電站管控平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，并評(píng)估該架構(gòu)是否能夠滿足監(jiān)控的需求，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信安全性能上是否也滿足要求[3]。由于分布式光伏電站在地理位置分布上較為分散，難以采用有線通信的方式，一般都是采用無(wú)線通信系統(tǒng)，將各個(gè)分散的分布式光伏電站相互之間連接起來(lái)，而有線通信方式一般應(yīng)用在集中式光伏電站的通信場(chǎng)合中，如圖2所示為分布式光伏電站集中監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖。

從圖2中可以看出，分布式光伏電站集控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)若干個(gè)地理位置分散的光伏電站子站群進(jìn)行統(tǒng)計(jì)集中監(jiān)視和控制。集中監(jiān)控平臺(tái)起到上傳下控的作用，既能夠接受子站系統(tǒng)所上傳的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也能夠下發(fā)相應(yīng)的控制指令給各個(gè)分布式光伏子站群，達(dá)到對(duì)分布式光伏電站運(yùn)行控制的目的。在分布式光伏電站集中監(jiān)控主站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式上，可以采用千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)，并構(gòu)建雙網(wǎng)冗余配置，以提高主站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信可靠性。

3.2 分布式光伏電站管控平臺(tái)中的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

根據(jù)圖2中的光伏電站集控系統(tǒng)架構(gòu)，各個(gè)分布式光伏子站群要和集控中心進(jìn)行通信，需要借助無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。而無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)除了具備應(yīng)用靈活方便的優(yōu)點(diǎn)外，也存在易遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊等安全性問(wèn)題。為了保證分布式光伏電站管控平臺(tái)中的通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，首先需要保證通信系統(tǒng)中的光纖等鏈路運(yùn)行可靠，其次是需要在通信系統(tǒng)中配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)措施，提高分布式光伏電站數(shù)據(jù)在子站和監(jiān)控主站之間通信過(guò)程中的安全性[4-6]。如可在分布式光伏子站群和集控主站之間部署信息加密裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)通信吞吐量的大小，來(lái)決定選擇相應(yīng)容量的信息加密裝置。此外，在分布式光伏監(jiān)控主站系統(tǒng)中，應(yīng)部署惡意代碼防護(hù)程序和安全審計(jì)系統(tǒng)，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控主站系統(tǒng)中所存在的異常進(jìn)程等，并對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)行為進(jìn)行安全審計(jì)，保障分布式光伏電站監(jiān)控主站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

分布式光伏電站由于分布較廣，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控的難度較高，而這也是發(fā)展分布式光伏、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用所需要克服的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站的智能監(jiān)控，可以提高優(yōu)化分布式光伏出力和運(yùn)行，提升分布式光伏的消納能力。本文所分析的分布式光伏電站的智能監(jiān)控平臺(tái)開發(fā)技術(shù)，對(duì)于提高分布式光伏電站的運(yùn)行穩(wěn)定性具有一定的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?chǎng)?分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（4）：172-175，178.

[2] 陳同浩，劉永成，李坤，等.基于ZigBee的分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（10）：73-76.

[3] 盧國(guó)杰，趙小萌，董朝陽(yáng)，等.分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)監(jiān)控與智能分析[J].河北電力技術(shù)，2019，38（2）：7-9，21.

[4] 涂希，張佳偉，朱文歡.基于LabVIEW的智能化分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2021（21）：23-26.

[5]王山嶺.基于VR-GIS的光纜故障精確定位方法研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué)，2020.

[6王佳慶.通榆邊昭66kV光伏發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2020.

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