光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)_圖文_百度文庫

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(xiàng)目簡介1、項(xiàng)目名稱:巨力新能源10MW太陽能光伏屋頂發(fā)電項(xiàng)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(xiàng)目4、項(xiàng)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,主要功能

2、是負(fù)責(zé)將各個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)控要求。而且該項(xiàng)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(gè)個(gè)“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(dòng)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(dòng)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)電廠豐

3、富,生產(chǎn)控制流程也不太復(fù)雜。但其典型特點(diǎn)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(diǎn)?；诂F(xiàn)場總線設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)量表計(jì)、直/交流柜及其它電力設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)對該項(xiàng)目所包含的光伏電站完整、統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。 網(wǎng)線交換機(jī)VGA/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器通訊網(wǎng)關(guān)RS485網(wǎng)線逆變器VGAVGATCP/IP,G

4、PRS傳感器數(shù)據(jù)采集器本地顯示屏溫度傳感器光照傳感器風(fēng)速傳感器風(fēng)向傳感器中控大廳大屏幕本地集控中心,電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心,金太陽數(shù)據(jù)中心RS485通訊網(wǎng)關(guān)RS485無線電能表RS485交直流配電柜RS485網(wǎng)線其他設(shè)備交換機(jī)網(wǎng)線監(jiān)控服務(wù)器網(wǎng)線通訊網(wǎng)關(guān)無線AP網(wǎng)線網(wǎng)線通訊網(wǎng)關(guān)通訊網(wǎng)關(guān)網(wǎng)線圖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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shí)時(shí)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(bào)警。提

5、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(bào)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(bào)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(diǎn)本地監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。查看工控機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,掌握主機(jī)和光電站各設(shè)備實(shí)時(shí)通訊情況,報(bào)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(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至衡金太陽數(shù)據(jù)中心功

6、能。圖3.1監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊圖遠(yuǎn)程控制,遠(yuǎn)程診斷遠(yuǎn)程控制,遠(yuǎn)程診斷無線AP 上傳光伏數(shù)據(jù). . . 金太陽數(shù)據(jù)中心30MW 項(xiàng)目,17個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)光伏通訊服務(wù)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)程控制服逆變器直流匯流箱交流柜 升壓變高壓屏繼保 防逆流1號通訊網(wǎng)關(guān)RS485逆變器 直流匯流箱 交流柜升壓變高壓屏繼保 防逆流 11號通訊網(wǎng)關(guān)RS485通訊服務(wù)模塊W e b 顯示模塊數(shù)據(jù)庫視頻服務(wù)模塊遠(yuǎn)程控制,遠(yuǎn)程診斷模塊數(shù)據(jù)中心 光伏數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示 電 視 大 屏現(xiàn)場視頻實(shí)時(shí)顯示 報(bào)警數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示 通訊狀況實(shí)時(shí)顯示 運(yùn)維巡檢 系統(tǒng)維護(hù)Web 瀏覽 遠(yuǎn)程登錄維Web 用戶TCP/IP

7、 上傳光伏數(shù)據(jù)3.2 監(jiān)控范圍電站主要數(shù)據(jù)。包括:逆變器監(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(gè)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) 逆變器逆變器環(huán)境監(jiān)測儀. . .485通訊網(wǎng)關(guān)智能電表光伏配電室廠房

8、樓頂. . .智能電表工業(yè)交換機(jī)工業(yè)無線AP以太網(wǎng)485廠房N并網(wǎng)配電室防逆流采集箱圖4.1現(xiàn)場采集系統(tǒng)通訊示意圖每個(gè)廠房數(shù)據(jù)采集層方案如圖4.1所示,每個(gè)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(gè)項(xiàng)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(diǎn),包括4個(gè)485接口,2個(gè)以太網(wǎng)口,每個(gè)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

9、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(shí)時(shí)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)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(diǎn)均采用性價(jià)比較高的EKI-6331AN產(chǎn)品。(詳見產(chǎn)品資料本項(xiàng)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

10、GPRS或者3G每年需要支付大量的流量費(fèi)用,實(shí)時(shí)性也不能得到保證。我們在設(shè)計(jì)通訊方案時(shí)充分考慮了這一點(diǎn),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(diǎn)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

11、最大程度降低施工風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)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 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(diǎn)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(diǎn)在無線網(wǎng)絡(luò)有故障點(diǎn)出現(xiàn)時(shí),無線AP會(huì)自動(dòng)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(gè)射頻,實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)射頻頻組建冗余主干Mesh 網(wǎng)絡(luò)的同時(shí),第一個(gè)射頻進(jìn)行無線覆蓋。同時(shí),在實(shí)施時(shí)采用高增益的扇形天

12、線提高傳輸距離并保證帶寬。每個(gè)現(xiàn)場點(diǎn)通過EKI-6331AN同骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)的EKI-6340-3進(jìn)行通訊。1、帶寬分析研華無線交換機(jī)使用IEEE802.11n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(diǎn)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(diǎn)位情況而定,以每棟廠房頂一個(gè)視頻攝像頭,每個(gè)攝像頭12Mbps帶寬計(jì)算,預(yù)計(jì)已知區(qū)域的視頻帶寬總和為18Mbps36Mpbs左

13、右。通過研華Mesh AP EKI-6340系列產(chǎn)品構(gòu)建的實(shí)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(diǎn)。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1Mesh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

14、進(jìn)的工業(yè)Mesh技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí),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(shí)間為20ms。保證數(shù)據(jù)通訊的正常穩(wěn)定。使用Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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。2MIMO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(gè)或多個(gè)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(gè)天線傳送和接收,從而改善每個(gè)用戶的通訊品質(zhì),提高抗干擾能力。4、方案實(shí)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(diǎn)”兩大部分

15、。骨干基站按4臺預(yù)估,但為了盡可能的節(jié)約成本,實(shí)施時(shí)可先按3個(gè)骨干基站安裝并實(shí)測,如果實(shí)測效果不理想時(shí),再增加第4臺骨干基站的架設(shè)即可。實(shí)施規(guī)劃:1骨干基站的架設(shè)與實(shí)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(diǎn)的覆蓋通訊2“1分2”功分器將覆蓋所用的1個(gè)射頻接兩組天線,增

16、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(diǎn)基站的架設(shè)與實(shí)施如圖4.3所示的15,713,1516及18號廠房均采用節(jié)點(diǎn)基站,節(jié)點(diǎn)基站為研華IP55防護(hù)等級的高性價(jià)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(diǎn)基站及天線安裝示意圖節(jié)點(diǎn)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(diǎn)基站 15.8GHz 16 dBi定向

17、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 4.5 基站支架示意 4.3 本地集控中心 電視大屏 巡檢工作站 維護(hù)工作站 通訊服務(wù)器 視頻服務(wù)器 Web 服務(wù)器 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)中心 路由器 Internet Web 瀏覽 無線 AP 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?的工業(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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)人機(jī)界面展示與交互。 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