光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遠程通訊系統(tǒng)

1、光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及遠程通信系統(tǒng)光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及遠程通信系統(tǒng)14/14光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及遠程通信系統(tǒng)光伏電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠程通信系統(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:中國巨力公司有限公司3、建設(shè)規(guī)模:10MWp屋頂光伏發(fā)電項目4、項目地點:中國巨力公司5、電站范圍:中國巨力公司廠區(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)具備就地和遠程監(jiān)控功能,監(jiān)控軟件由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控與遠程監(jiān)控相聯(lián)合。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控由中央控制器(包含數(shù)據(jù)采集、控制算法、網(wǎng)關(guān)等功能、通信鏈路、當(dāng)?shù)仫@示構(gòu)成,主要功能是負責(zé)當(dāng)?shù)匕l(fā)電設(shè)施數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)儲蓄

2、、能量調(diào)動、通信等功能。遠程監(jiān)控由廣域網(wǎng)通信鏈路、路由器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、上位機展現(xiàn)平臺構(gòu)成,主要功能是負責(zé)將各個電站數(shù)據(jù)進行采集,電站狀況檢查,數(shù)據(jù)儲蓄、辦理、分析,發(fā)電經(jīng)濟性分析等等。傳統(tǒng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由逆變器廠商隨設(shè)施供給,從本廠逆變器出發(fā),對電站運轉(zhuǎn)的一些參數(shù)進行監(jiān)測,難以或不可以直接控制逆變器的運轉(zhuǎn)狀態(tài),沒法獲得電站中的其余設(shè)施的信息及控制這些設(shè)施,也沒法知足電網(wǎng)調(diào)動系統(tǒng)對電站的及時監(jiān)控要求。并且該項目將采納不一樣樣廠商的設(shè)施,電源廠商自有的監(jiān)控系一致般對其余廠家的設(shè)施兼容性差,簡單造成一個個“孤島”系統(tǒng),沒法形成一致的監(jiān)控系統(tǒng)。大型光伏電站必然裝備自動運轉(zhuǎn)、功能圓滿

3、的監(jiān)控系統(tǒng)。這類監(jiān)控系統(tǒng)不一樣樣于傳統(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)施種類不及傳統(tǒng)電廠豐富,生產(chǎn)控制流程也不太復(fù)雜。但其典型特色是裝機容量大(10MW以上、占地面積廣(150畝以上,且地理地點荒僻、保護人員極少,這就要求生產(chǎn)運轉(zhuǎn)、設(shè)施監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安保技防等各環(huán)節(jié)集中一致同來,且可以適應(yīng)其地點分別、配置靈巧的特色。鑒于現(xiàn)場總線設(shè)計的大型光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)可以知足這些要求。所以,需要搭建一個一致的當(dāng)?shù)丶斜O(jiān)控中心,該監(jiān)控中心位于巨力索具園區(qū),能夠?qū)Σ灰粯訕訌S商、不一樣樣種類、不一樣樣型號的光伏發(fā)電電源設(shè)施及計量表計、直/溝通柜及其余電力設(shè)施進行一致監(jiān)控,實現(xiàn)對該

4、項目所包含的光伏電站圓滿、一致的及時監(jiān)測和控制。網(wǎng)線互換機VGA/網(wǎng)口變換器通信網(wǎng)關(guān)RS485網(wǎng)線逆變器VGAVGATCP/IP,GPRS傳感器數(shù)據(jù)采集器當(dāng)?shù)仫@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當(dāng)?shù)丶刂行?電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心,金太陽數(shù)據(jù)中心RS485通信網(wǎng)關(guān)RS485無線電能表RS485交直流配電柜RS485網(wǎng)線其余設(shè)施互換機網(wǎng)線監(jiān)控服務(wù)器網(wǎng)線通信網(wǎng)關(guān)無線AP網(wǎng)線網(wǎng)線通信網(wǎng)關(guān)通信網(wǎng)關(guān)網(wǎng)線圖2.1屋頂光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)表示圖三、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,遠程控制、遠程診療、數(shù)據(jù)上傳。電站信息監(jiān)控:當(dāng)?shù)毓夥l(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)及時監(jiān)控光伏發(fā)

5、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、光照強度等參數(shù)。監(jiān)控逆變器、溫度傳感器、功率質(zhì)量丈量儀等設(shè)施狀態(tài)及設(shè)施報警。供給豐富的VGA、LED顯示功能、網(wǎng)絡(luò)遠程監(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)施自定義協(xié)議。支持多種逆變器、智能電表、溫度、光照、風(fēng)速等設(shè)施。當(dāng)?shù)毓夥O(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過TCP/IP及時上傳監(jiān)控詳盡數(shù)據(jù)到在線監(jiān)控平臺。用戶經(jīng)過閱讀器及時認(rèn)識遠程電站運轉(zhuǎn)狀況,掌握電站設(shè)施詳盡運轉(zhuǎn)參數(shù),報警信息等。遠程控制、遠程診療:對遠程光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)主機的管理,遠程登錄各采集點當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。查察工控機及時運轉(zhuǎn)狀況,掌握主機和光電站各設(shè)施及時通信

6、狀況,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)經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)上傳至衡金太陽數(shù)據(jù)中心功能。圖3.1監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊圖遠程控制,遠程診療遠程控制,遠程診療無線AP上傳光伏數(shù)據(jù).金太陽數(shù)據(jù)中心30MW項目,17個數(shù)據(jù)采集點光伏通佩服務(wù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器Web服務(wù)器視頻服務(wù)器遠程診療,遠程控制服逆變器直流匯流箱溝通柜升壓變高壓屏繼保防逆流號通信網(wǎng)關(guān)RS485逆變器直流匯流箱溝通柜升壓變高壓屏繼保防逆流11號通信網(wǎng)關(guān)RS485通佩服務(wù)模塊eb顯示模塊數(shù)據(jù)庫視頻服務(wù)模塊遠程控制,遠程診療模塊數(shù)據(jù)中心光伏數(shù)據(jù)及時顯示電視大屏現(xiàn)場視頻及時顯示報警數(shù)據(jù)及時顯示通信狀況及

7、時顯示運維巡檢系統(tǒng)保護Web閱讀遠程登錄維Web用戶TCP/IP上傳光伏數(shù)據(jù)3.2監(jiān)控范圍電站主要數(shù)據(jù)。包含:逆變器監(jiān)控參數(shù):PN,SN,PV輸入電壓,PV輸入電流,溝通輸出電壓,電流,頻次,功率,逆變器溫度,當(dāng)日發(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,頻次,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)構(gòu)造整個系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸鏈路、當(dāng)?shù)丶刂行?、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.

8、485通信網(wǎng)關(guān)智能電表光伏配電室廠房樓頂.智能電表工業(yè)互換機工業(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)通信表示圖每個廠房數(shù)據(jù)采集層方案如圖4.1所示,每個廠房的監(jiān)控設(shè)施主要包含位于廠房子頂環(huán)境監(jiān)測儀(一般一個項目配置一套環(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)施,一般采納485方式通信,并經(jīng)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)采集層使用通信網(wǎng)關(guān)采集設(shè)施數(shù)據(jù),通信網(wǎng)關(guān)采納嵌入式Linux操作系統(tǒng),擁有功耗低、性能強、長久工作堅固的特色,包含4個485接口,2個以太網(wǎng)口,每個485可以采集31臺設(shè)施,圓滿知足目前數(shù)據(jù)采集及協(xié)議分析需要,內(nèi)

9、部集成看門狗功能,可以有效防備系統(tǒng)崩潰的影響。通信網(wǎng)關(guān)經(jīng)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)依據(jù)設(shè)施協(xié)議進行分析,并保留到及時數(shù)據(jù)庫中,通信網(wǎng)關(guān)經(jīng)過工業(yè)互換機與位于廠房子頂?shù)臒o線AP進行通信,并將數(shù)據(jù)經(jīng)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)傳輸鏈路表示圖注:1上圖中6號、14號、17號廠房的“”代表三射頻工業(yè)無線APEKI-6340-3。(詳盡資料見附加產(chǎn)品資料2其余廠房上的無線接入點均采納性價比較高的EKI-6331AN產(chǎn)品。(詳見產(chǎn)品資料本項目由8棟廠房構(gòu)成,廠區(qū)之間、廠房之間不可以經(jīng)過廠區(qū)局域網(wǎng)進行連結(jié),而廠房之間假如

10、架設(shè)光纖成本很高,采納GPRS或許3G每年需要支付大批的流量開銷,及時性也不可以獲得保證。我們在設(shè)計通信方案時充分考慮了這一點,為了最大程度保證系統(tǒng)靠譜性、通信堅固性及降低成本,我們骨干通信網(wǎng)采納先進的無線工業(yè)Mesh網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是鑒于無線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,迅速旅行,自組網(wǎng)自恢復(fù)方面都有優(yōu)勝的性能。該無線網(wǎng)絡(luò)使用IEEE802.11n進行通信,理論最大傳輸帶寬為300兆,所使用的產(chǎn)品所有支持MIMO技術(shù)(MIMO技術(shù)特色將兩條無線通路進行捆綁帶寬翻倍,在骨干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增添帶寬保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱怨毯涂孔V。所以,采納無線工業(yè)Mesh網(wǎng)絡(luò)圓滿

11、知足光伏監(jiān)控需要,并且最大程度降低施工風(fēng)險。此方案要將覆蓋地區(qū)分紅“骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)”及“AP覆蓋”兩部分。分區(qū)原則依據(jù)廠區(qū)及廠房的實地狀況而定。初步擬定經(jīng)過三臺高性能的研華戶外工業(yè)無線MeshAPEKI-6340-3產(chǎn)品構(gòu)成骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)(建議組Mesh網(wǎng)絡(luò)頻次使用5.8GHZ,再通過散布在各廠房的接入點的EKI-6331AN進行同骨干EKI-6340-3網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)。(Mesh網(wǎng)絡(luò)的特色在無線網(wǎng)絡(luò)有故障點出現(xiàn)時,無線AP會自動選擇另一條門路通信,保證數(shù)據(jù)傳輸。因為EKI-6340系列AP支持三個射頻,實此刻兩個射屢次組建冗余骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)的同時,第一個射頻進行無線覆蓋。同時,在實行時采

12、納高增益的扇形天線提升傳輸距離并保證帶寬。每個現(xiàn)場點經(jīng)過EKI-6331AN同骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)的EKI-6340-3進行通信。4.2.2無線通信方案特色1、帶寬心析研華無線互換機使用IEEE802.11n進行通信,最大傳輸帶寬為300Mbps,所使用的產(chǎn)品所有支持MIMO技術(shù)(MIMO技術(shù)特色將兩條無線通路進行捆綁帶寬翻倍,在骨干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增添帶寬保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱怨毯涂孔V。本帶寬不單好夠知足目前控制數(shù)據(jù)的通信需要,也可以知足將來視頻通信需要,擁有必然可擴展性。帶寬需要看視頻部分的碼流和視頻監(jiān)控點位狀況而定,以每棟廠房頂一個視頻攝像頭,每個攝像頭12Mbps帶寬計算,估計已知地區(qū)

13、的視頻帶寬總和為18Mbps36Mpbs左右。經(jīng)過研華MeshAPEKI-6340系列產(chǎn)品建立的實質(zhì)骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬可達200Mbps以上,可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?00Mbps以上,所以即使現(xiàn)場擁有視頻監(jiān)控的傳輸需求,研華工業(yè)無線通信設(shè)施仍舊可知足通信需求。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,并支持寬平和高防備等級等工業(yè)特色。4、堅固靠譜的無線產(chǎn)品,保障系統(tǒng)的安全5、防備傳統(tǒng)AP橋接帶寬耗費過多問題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):經(jīng)過骨干構(gòu)成的Mesh網(wǎng)絡(luò),進行骨干信息的

14、通信。研華搶先在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中使用先進的工業(yè)Mesh技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障點時,網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)過Mesh網(wǎng)絡(luò)進行自恢復(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)通信的正常堅固。使用Mesh網(wǎng)絡(luò)的特色為方便安裝置置,經(jīng)過Mesh網(wǎng)絡(luò)可以進行跳接傳輸(非視距傳輸,大大提升網(wǎng)絡(luò)的堅固性(網(wǎng)絡(luò)可以自愈合,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單靈巧,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或多個發(fā)射天線和接收天線,信號經(jīng)過發(fā)射端和接收端的多個天線傳達和接收,進而改良每個用戶的通信質(zhì)量,提升抗攪亂能力。4、方案實行說明如上圖所示,依據(jù)廠區(qū)的地點,將無線通信部分分紅“骨干Me

15、sh網(wǎng)絡(luò)”及“AP覆蓋節(jié)點”兩大多數(shù)。骨干基站按4臺預(yù)估,但為了盡可能的節(jié)儉成本,實行時可先按3個骨干基站安裝并實測,假如實測見效不理想時,再增添第4臺骨干基站的架設(shè)即可。實行規(guī)劃:骨干基站的架設(shè)與實行如圖4.3所示的6號、14號及17號廠房均采納骨干基站,骨干基站為研華IP67高防備等級寬溫型三射頻MeshAP,型號為EKI-6340-3。圖4.3骨干基站及天線安裝表示圖骨干基站、天線及配件見下表:設(shè)施名稱說明數(shù)目EKI-6340-3三射頻基站15.8GHz23dBi骨干定向天線用于骨干基站間通信25.8GHz14dBi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

16、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結(jié)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1監(jiān)控節(jié)點基站的架設(shè)與實行如圖4.3所示的15,713,1516及18號廠房均采納節(jié)點基站,節(jié)點基站為研華IP55防備等級的高性價比無線AP產(chǎn)品,型號為EKI-6331AN。EKI-6331AN經(jīng)過防水膠泥及防水膠帶保護后可以直接裸露在戶外使用,并且其內(nèi)部內(nèi)置了16dBi5.8GHz雙極化(MIMO天線,可以直接與骨干基站連結(jié),節(jié)儉了天線及饋線等成本。圖4.4節(jié)點基站及天線安裝表示圖節(jié)點基站、天線及配件見下表:設(shè)施名稱說明數(shù)目EKI-6331AN節(jié)點基站15.8GHz16dBi定向

17、天線已內(nèi)含(在機殼內(nèi)0網(wǎng)線防雷模塊用于網(wǎng)線的避雷1基站支架因為廠房房頂不便安裝,所以建議采納如圖4.5構(gòu)造的支架對基站進行安裝。圖4.5基站支架表示4.3當(dāng)?shù)丶刂行碾娨暣笃裂矙z工作站保護工作站通佩服務(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InternetWeb閱讀無線AP圖4.6監(jiān)控層通信方案如圖4.6所示，監(jiān)控層主要包含監(jiān)控服務(wù)器、操作員站和工業(yè)互換機。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ㄐ艑拥墓I(yè)無線AP經(jīng)過工業(yè)互換機連結(jié)，采納以太網(wǎng)通信。監(jiān)控服務(wù)器經(jīng)過無線WIFI網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)關(guān)通信，采集通信網(wǎng)關(guān)采集到的逆變器、匯流箱等數(shù)據(jù)，并保存及

18、時數(shù)據(jù)庫中，進行邏輯辦理，并保留到歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)WEB宣告及數(shù)據(jù)上傳功能。操作員站用于經(jīng)過與監(jiān)控服務(wù)器通信，實現(xiàn)人機界面展現(xiàn)與交互。4.4系統(tǒng)軟件平臺光伏電站監(jiān)控中心系統(tǒng)硬件采納監(jiān)控服務(wù)器，能對現(xiàn)場所有設(shè)施進行管理。其余，系統(tǒng)擁有便利的管理、分析和查問工具，知足如生產(chǎn)報表、設(shè)施狀態(tài)分析和集中督查、及時數(shù)據(jù)查問、歷史趨向分析、故障診療等需求。使整個監(jiān)控系統(tǒng)和通信接口可以方便的變換，安裝簡單，操作簡單，易于安裝。中心監(jiān)控系統(tǒng)由IO通信組件，及時數(shù)據(jù)庫，界面顯示組件，WEB宣告組件等構(gòu)成。IO通信組件用于和光伏并網(wǎng)變流器等監(jiān)控設(shè)施通信；及時數(shù)據(jù)庫是整個軟件的核心，負責(zé)數(shù)據(jù)儲蓄和報警辦理；界面顯示是系統(tǒng)與用戶的接口，用于顯示和查問數(shù)據(jù)以及改正現(xiàn)場設(shè)施參數(shù)，報表顯示和報警提示也都是在界面里進行的。監(jiān)控計算機采納大容量硬盤，系