光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)

1、.光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)一、項目簡介1、項目名稱：巨力新能源10MW太陽能光伏屋頂發(fā)電項目2、建設(shè)單位：中國巨力集團(tuán)有限公司3、建設(shè)規(guī)模：10MWp屋頂光伏發(fā)電項目4、項目地址：中國巨力集團(tuán)5、電站范圍：中國巨力集團(tuán)廠區(qū)6、單位屋頂：8處二、監(jiān)控系統(tǒng)說明如圖2.1所示，光伏綜合監(jiān)控系統(tǒng)具備就地和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，監(jiān)控軟件由本地監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合。本地監(jiān)控由中央控制器（包括數(shù)據(jù)采集、控制算法、網(wǎng)關(guān)等功能）、通訊鏈路、本地顯示組成，主要功能是負(fù)責(zé)本地發(fā)電設(shè)備數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)存儲、能量調(diào)度、通訊等功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控由廣域網(wǎng)通訊鏈路、路由器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、上位機(jī)展示平臺組成，主要

2、功能是負(fù)責(zé)將各個電站數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，電站狀況調(diào)查，數(shù)據(jù)存儲、處理、分析，發(fā)電經(jīng)濟(jì)性分析等等。傳統(tǒng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由逆變器廠商隨設(shè)備提供，從本廠逆變器出發(fā)，對電站運(yùn)行的一些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，難以或不能直接控制逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，無法獲取電站中的其它設(shè)備的信息及控制這些設(shè)備，也無法滿足電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)對電站的實時監(jiān)控要求。而且該項目將采用不同廠商的設(shè)備，電源廠商自有的監(jiān)控系統(tǒng)一般對其他廠家的設(shè)備兼容性差，容易造成一個個“孤島”系統(tǒng)，無法形成統(tǒng)一的監(jiān)控體系。大型光伏電站必須配備自動運(yùn)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(nèi)設(shè)備種類不及傳統(tǒng)電

3、廠豐富，生產(chǎn)控制流程也不太復(fù)雜。但其典型特點是裝機(jī)容量大（10MW以上）、占地面積廣（150畝以上），且地理位置偏僻、維護(hù)人員很少，這就要求生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)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(yīng)其位置分散、配置靈活的特點。基于現(xiàn)場總線設(shè)計的大型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足這些要求。因此，需要搭建一個統(tǒng)一的本地集中監(jiān)控中心，該監(jiān)控中心位于巨力索具園區(qū)，能夠?qū)Σ煌瑥S商、不同類別、不同型號的光伏發(fā)電電源設(shè)備及計量表計、直/交流柜及其它電力設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)對該項目所包含的光伏電站完整、統(tǒng)一的實時監(jiān)測和控制。本地集控中心，電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，金太陽數(shù)據(jù)中心溫度傳感器光照傳感器風(fēng)速傳感器風(fēng)向傳

4、感器TCP/IP,GPRSRS485傳感器數(shù)據(jù)采集器逆變器RS485通訊網(wǎng)關(guān)網(wǎng)線通訊網(wǎng)關(guān)RS485網(wǎng)線通訊網(wǎng)關(guān)無線網(wǎng)線網(wǎng)線電能表網(wǎng)線無線AP交換機(jī)網(wǎng)線RS485通訊網(wǎng)關(guān)交直流配電柜網(wǎng)線交換機(jī)VGAVGA/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器監(jiān)控服務(wù)器VGARS485網(wǎng)線本地顯示屏通訊網(wǎng)關(guān)其他設(shè)備中控大廳大屏幕圖2.1屋頂光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)示意圖三、監(jiān)控系統(tǒng)主要功能3.1功能介紹該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個層次的監(jiān)控：光伏電站監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)上傳。電站信息監(jiān)控：本地光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控光伏發(fā)電站發(fā)電量、輸出功率、逆變器功率。監(jiān)控環(huán)境溫度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度等參數(shù)。監(jiān)控逆變器、溫度傳感器、功率質(zhì)量測量儀等設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備報

5、警。提供豐富的VGA、LED顯示功能、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自定義報表等高級功能。支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS485接口和MODBUS協(xié)議及設(shè)備自定義協(xié)議。支持多種逆變器、智能電表、溫度、光照、風(fēng)速等設(shè)備。本地光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過TCP/IP實時上傳監(jiān)控詳細(xì)數(shù)據(jù)到在線監(jiān)控平臺。用戶通過瀏覽器實時了解遠(yuǎn)程電站運(yùn)行情況，掌握電站設(shè)備詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)，報警信息等。遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程診斷：對遠(yuǎn)程光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)的管理，遠(yuǎn)程登錄各采集點本地監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。查看工控機(jī)實時運(yùn)行情況，掌握主機(jī)和光電站各設(shè)備實時通訊情況，報警信息。數(shù)據(jù)上傳：目前金太陽光伏電站需要將數(shù)據(jù)上傳到鑒衡金太陽數(shù)據(jù)中心，本光伏監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至衡金太陽數(shù)據(jù)

6、中心功能。金太陽數(shù)據(jù)中心光伏數(shù)據(jù)實時顯示電視大屏現(xiàn)場視頻實時顯示報警數(shù)據(jù)實時顯示通訊狀況實時顯示RS48530MW項目,17個數(shù)據(jù)采集點直流匯流箱運(yùn)維巡檢逆變器系統(tǒng)維護(hù)交流柜升壓變1號通訊網(wǎng)關(guān)無線AP上傳光伏數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心高壓屏繼保遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程診斷模塊視頻服務(wù)模塊數(shù)據(jù)庫Web顯示模塊通訊服務(wù)模塊光伏通訊服務(wù)器防逆流數(shù)據(jù)庫服務(wù)器Web服務(wù)器視頻服務(wù)器遠(yuǎn)程診斷，遠(yuǎn)程控制服務(wù)器.RS485遠(yuǎn)程控制,遠(yuǎn)程診斷直流匯流箱Web瀏覽逆變器遠(yuǎn)程登錄維護(hù)交流柜11號通訊網(wǎng)關(guān)Web用戶升壓變TCP/IP上傳光伏數(shù)據(jù)高壓屏繼保防逆流遠(yuǎn)程控制,遠(yuǎn)程診斷圖3.1監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊圖3.2 監(jiān)控范圍電站主要數(shù)據(jù)。包括：逆

7、變器監(jiān)控參數(shù)：PN, SN, PV輸入電壓, PV輸入電流，交流輸出電壓，電流，頻率，功率，逆變器溫度，當(dāng)天發(fā)電量，當(dāng)年發(fā)電量，總發(fā)電量，減排和減煤等。環(huán)境傳感器監(jiān)控參數(shù)：光照，環(huán)境溫度，風(fēng)速，風(fēng)向等多種傳感器。智能電表監(jiān)控參數(shù) ：總功率，總無功功率，總有功發(fā)電量，總無功發(fā)電量，線電壓，相電壓，電流，頻率，有功功率，無功功率，功率因數(shù)，諧波電壓，諧波電流等。四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、本地集控中心、監(jiān)控軟件平臺、異地容災(zāi)系統(tǒng)。4.1 現(xiàn)場采集系統(tǒng)圖4.1現(xiàn)場采集系統(tǒng)通訊示意圖每個廠房數(shù)據(jù)采集層方案如圖4.1所示，每個廠房的監(jiān)控設(shè)備主要包括位于廠房屋頂環(huán)境監(jiān)測儀（一般一個

8、項目配置一套環(huán)境監(jiān)測儀），位于光伏配電室的逆變器和智能電表等設(shè)備，一般采用485方式通訊，并通過防逆流采集箱采集并網(wǎng)配電室的并網(wǎng)功率等，用于防逆流。數(shù)據(jù)采集層使用通訊網(wǎng)關(guān)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，通訊網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，具有功耗低、性能強(qiáng)、長期工作穩(wěn)定的特點，包括4個485接口，2個以太網(wǎng)口，每個485可以采集31臺設(shè)備，完全滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)采集及協(xié)議解析需要，內(nèi)部集成看門狗功能，可以有效防止系統(tǒng)崩潰的影響。通訊網(wǎng)關(guān)通過485采集逆變器、智能電表、智能匯流箱及環(huán)境監(jiān)測儀數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)備協(xié)議進(jìn)行解析，并保存到實時數(shù)據(jù)庫中，通訊網(wǎng)關(guān)通過工業(yè)交換機(jī)與位于廠房屋頂?shù)臒o線AP進(jìn)行通訊，并將數(shù)

9、據(jù)通過無線WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器。4.2數(shù)據(jù)傳輸鏈路圖 4.2數(shù)據(jù)傳輸鏈路示意圖注：1）上圖中6號、14號、17號廠房的“”代表三射頻工業(yè)無線AP EKI-6340-3。（詳細(xì)資料見附帶產(chǎn)品資料）2）其它廠房上的無線接入點均采用性價比較高的EKI-6331AN產(chǎn)品。（詳見產(chǎn)品資料）4.2.1無線AP通訊方案本項目由8棟廠房組成，廠區(qū)之間、廠房之間不能通過廠區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行連接，而廠房之間如果架設(shè)光纖成本很高，采用GPRS或者3G每年需要支付大量的流量費(fèi)用，實時性也不能得到保證。我們在設(shè)計通訊方案時充分考慮了這一點，為了最大程度保證系統(tǒng)可靠性、通訊穩(wěn)定性及降低成本，我們主干通訊網(wǎng)采用先進(jìn)的

10、無線工業(yè)Mesh網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是基于無線iMESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線以太網(wǎng)產(chǎn)品，在多重跳臺，高數(shù)據(jù)吞吐率，快速漫游，自組網(wǎng)自恢復(fù)方面都有優(yōu)越的性能。該無線網(wǎng)絡(luò)使用IEEE802.11n進(jìn)行通訊，理論最大傳輸帶寬為300兆，所使用的產(chǎn)品全部支持MIMO技術(shù)（MIMO技術(shù)特點將兩條無線通路進(jìn)行捆綁帶寬翻倍），在主干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增加帶寬保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠。因此，采用無線工業(yè)Mesh網(wǎng)絡(luò)完全滿足光伏監(jiān)控需要，并且最大程度降低施工風(fēng)險。此方案要將覆蓋區(qū)域分成“主干Mesh網(wǎng)絡(luò)”及“AP覆蓋”兩部分。分區(qū)原則根據(jù)廠區(qū)及廠房的實地情況而定。初步擬定通過三臺高性能的研華戶外工業(yè)無線Mesh AP

11、 EKI-6340-3產(chǎn)品組成主干Mesh網(wǎng)絡(luò)（建議組Mesh網(wǎng)絡(luò)頻率使用5.8GHZ），再通過分布在各廠房的接入點的EKI-6331AN進(jìn)行同主干EKI-6340-3網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。（Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點在無線網(wǎng)絡(luò)有故障點出現(xiàn)時，無線AP會自動選擇另一條途徑通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸）。由于EKI-6340系列AP支持三個射頻，實現(xiàn)在兩個射頻頻組建冗余主干Mesh網(wǎng)絡(luò)的同時，第一個射頻進(jìn)行無線覆蓋。同時，在實施時采用高增益的扇形天線提高傳輸距離并保證帶寬。每個現(xiàn)場點通過EKI-6331AN同骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)的EKI-6340-3進(jìn)行通訊。4.2.2 無線通訊方案特點1、帶寬分析研華無線交換機(jī)使用IEEE

12、802.11n進(jìn)行通訊，最大傳輸帶寬為300Mbps，所使用的產(chǎn)品全部支持MIMO技術(shù)（MIMO技術(shù)特點將兩條無線通路進(jìn)行捆綁帶寬翻倍），在主干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增加帶寬保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠。本帶寬不但可以滿足當(dāng)前控制數(shù)據(jù)的通訊需要，也可以滿足未來視頻通訊需要，具有一定可擴(kuò)展性。帶寬需要看視頻部分的碼流和視頻監(jiān)控點位情況而定，以每棟廠房頂一個視頻攝像頭，每個攝像頭12Mbps帶寬計算，預(yù)計已知區(qū)域的視頻帶寬總和為18Mbps36Mpbs左右。通過研華Mesh AP EKI-6340系列產(chǎn)品構(gòu)建的實際骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬可達(dá)200Mbps以上，可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?00Mbps以上，因此即

13、便現(xiàn)場具有視頻監(jiān)控的傳輸需求，研華工業(yè)無線通訊設(shè)備仍然可滿足通訊需求。2、解決的問題 此方案可以解決以下問題：1、 現(xiàn)場覆蓋面積廣，需要遠(yuǎn)距離傳輸問題2、 視頻數(shù)據(jù)傳輸中需要高帶寬的問題3、 戶外應(yīng)用，需要安裝方便，并支持寬溫和高防護(hù)等級等工業(yè)特點。4、 穩(wěn)定可靠的無線產(chǎn)品，保障系統(tǒng)的安全5、 避免傳統(tǒng)AP橋接帶寬損耗過多問題6、 光纖布線復(fù)雜、成本高的問題3、方案優(yōu)勢1）Mesh網(wǎng)絡(luò)：通過主干組成的Mesh網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行主干信息的通訊。研華率先在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中使用先進(jìn)的工業(yè)Mesh技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障點時，網(wǎng)絡(luò)可以通過Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自恢復(fù)，研華的工業(yè)Mesh網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)時間為20ms。保證數(shù)據(jù)

14、通訊的正常穩(wěn)定。使用Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點為方便安裝配置，通過Mesh網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行跳接傳輸（非視距傳輸），大大提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性（網(wǎng)絡(luò)可以自愈合），網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單靈活，帶寬高。2）MIMO技術(shù)：即多路輸入多路輸出（MIMO）技術(shù)，是指在發(fā)射端和接收端分別使用兩個或多個發(fā)射天線和接收天線，信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳送和接收，從而改善每個用戶的通訊品質(zhì)，提高抗干擾能力。4、方案實施說明如上圖所示，根據(jù)廠區(qū)的位置，將無線通訊部分分成“骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)”及“AP覆蓋節(jié)點”兩大部分。骨干基站按4臺預(yù)估，但為了盡可能的節(jié)約成本，實施時可先按3個骨干基站安裝并實測，如果實測效果不理想時，再增加第4臺骨干基站

15、的架設(shè)即可。實施規(guī)劃：1）骨干基站的架設(shè)與實施如圖4.3所示的6號、14號及17號廠房均采用骨干基站，骨干基站為研華IP67高防護(hù)等級寬溫型三射頻Mesh AP，型號為EKI-6340-3。圖4.3骨干基站及天線安裝示意圖骨干基站、天線及配件見下表：設(shè)備名稱說明數(shù)量EKI-6340-3三射頻基站15.8GHz 23dBi骨干定向天線用于骨干基站間通訊25.8GHz 14dBi扇形天線用于所有廠房間無線節(jié)點的覆蓋通訊2“1分2”功分器將覆蓋所用的1個射頻接兩組天線，增大覆蓋角度22米饋線用于基站與天線連接8饋線防雷模塊用于饋線的避雷6網(wǎng)線防雷模塊用于網(wǎng)線的避雷12）監(jiān)控節(jié)點基站的架設(shè)與實施如圖4

16、.3所示的15，713，1516及18號廠房均采用節(jié)點基站，節(jié)點基站為研華IP55防護(hù)等級的高性價比無線AP產(chǎn)品，型號為EKI-6331AN。EKI-6331AN通過防水膠泥及防水膠帶保護(hù)后可以直接裸露在戶外使用，并且其內(nèi)部內(nèi)置了16dBi 5.8GHz雙極化（MIMO）天線，可以直接與骨干基站連接，節(jié)省了天線及饋線等成本。圖4.4節(jié)點基站及天線安裝示意圖節(jié)點基站、天線及配件見下表：設(shè)備名稱說明數(shù)量EKI-6331AN節(jié)點基站15.8GHz 16 dBi定向天線已內(nèi)含（在機(jī)殼內(nèi)）0網(wǎng)線防雷模塊用于網(wǎng)線的避雷13）基站支架 由于廠房房頂不便安裝，因此建議采用如圖4.5結(jié)構(gòu)的支架對基站進(jìn)行安裝。圖

17、4.5基站支架示意4.3本地集控中心電視大屏通訊服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器視頻服務(wù)器Web服務(wù)器維護(hù)工作站巡檢工作站以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心路由器Internet無線APWeb瀏覽圖4.6 監(jiān)控層通訊方案如圖4.6所示，監(jiān)控層主要包括監(jiān)控服務(wù)器、操作員站和工業(yè)交換機(jī)。主要包括監(jiān)控服務(wù)器和操作員站，監(jiān)控服務(wù)器、操作站及位于光伏監(jiān)控室樓頂?shù)耐ㄓ崒拥墓I(yè)無線AP通過工業(yè)交換機(jī)連接，采用以太網(wǎng)通訊。監(jiān)控服務(wù)器通過無線WIFI網(wǎng)絡(luò)與通訊網(wǎng)關(guān)通訊，采集通訊網(wǎng)關(guān)采集到的逆變器、匯流箱等數(shù)據(jù)，并保存實時數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行邏輯處理，并保存到歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)WEB發(fā)布及數(shù)據(jù)上傳功能。操作員站用于通過與監(jiān)控服務(wù)器通訊，實現(xiàn)人機(jī)界面展示與

18、交互。4.4系統(tǒng)軟件平臺光伏電站監(jiān)控中心系統(tǒng)硬件采用監(jiān)控服務(wù)器，能對現(xiàn)場所有設(shè)備進(jìn)行管理。此外，系統(tǒng)具有便利的管理、分析和查詢工具，滿足如生產(chǎn)報表、設(shè)備狀態(tài)分析和集中監(jiān)視、實時數(shù)據(jù)查詢、歷史趨勢分析、故障診斷等需求。使整個監(jiān)控系統(tǒng)和通訊接口可以方便的轉(zhuǎn)換，安裝簡易，操作簡單，易于安裝。中心監(jiān)控系統(tǒng)由IO通訊組件，實時數(shù)據(jù)庫，界面顯示組件，WEB發(fā)布組件等組成。IO通訊組件用于和光伏并網(wǎng)變流器等監(jiān)控設(shè)備通訊；實時數(shù)據(jù)庫是整個軟件的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲和報警處理；界面顯示是系統(tǒng)與用戶的接口，用于顯示和查詢數(shù)據(jù)以及修改現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)，報表顯示和報警提示也都是在界面里進(jìn)行的。監(jiān)控計算機(jī)采用大容量硬盤，系統(tǒng)能夠長時間存儲從光伏發(fā)電系統(tǒng)中檢測的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，例如對發(fā)電量進(jìn)行統(tǒng)計，換算成等效