光伏電站一體化監(jiān)控方案

項目概 總體目 設(shè)計原 逆變 系統(tǒng)架 系統(tǒng)功 關(guān)鍵技 隨著規(guī)模性的能電站開始陸續(xù)建設(shè)和投入運(yùn)行，如何實(shí)時了解電站的運(yùn)行狀況，如何滿足上一級系統(tǒng)或電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控需求，是電站業(yè)主和電網(wǎng)公司所共同關(guān)心的問題。而現(xiàn)有光伏電站系統(tǒng)主要由逆變器廠商隨設(shè)備提供，主要本廠逆變器出發(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)，亦無法獲取電站中的其它設(shè)備的信息及控制這些設(shè)備，更電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)對電站的實(shí)時要求。另外，大型電站均會采用不同廠商的產(chǎn)品，這些不同廠商的產(chǎn)品彼此無法兼容，造成一個個“孤島”系統(tǒng)，無法形成統(tǒng)一的體系。因此，迫切需要一套統(tǒng)一的平臺，能夠?qū)Σ煌瑥S商、不同類別、不同型號的逆變器及其它設(shè)備進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對光伏電站完整、統(tǒng)一的實(shí)時監(jiān)測和控制。建設(shè)光伏電站設(shè)備的統(tǒng)一管理平實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備的統(tǒng)一運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中管理給運(yùn)行人員、檢修人員、管理人員等提供全面、便捷、差異化的數(shù)據(jù)和服務(wù)；提供載體；建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，為平臺和其他各種專業(yè)系統(tǒng)提數(shù)據(jù)服務(wù)。整合各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對不同人員的差異化服對運(yùn)行人員、管理人員、檢修人員、等不同人員提供不同各自最關(guān)心的內(nèi)容，提供差異化服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)；為檢修人員提供告警信息、變化趨勢、故障錄波數(shù)據(jù)等應(yīng)用務(wù)本系統(tǒng)在設(shè)計上堅持以下原備的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一完整。件數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)建設(shè)遵循有關(guān)、國際標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定或完善相關(guān)，確保監(jiān)測設(shè)備、監(jiān)測數(shù)據(jù)通訊的規(guī)范性。-界面設(shè)計遵循有關(guān)界面設(shè)計規(guī)范。硬件擴(kuò)展性：系統(tǒng)能夠廣泛適配新接入監(jiān)測設(shè)備的通口軟件擴(kuò)展性：軟件功能模塊應(yīng)可重用、可配置、可拆卸系統(tǒng)能夠同各類專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換系統(tǒng)能夠與電網(wǎng)調(diào)度等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交集理，分類，統(tǒng)一界面顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)?？刹僮鹘缑嬗押?，操作方便，注重用戶光伏電站中涉及到的設(shè)備種類較多，包括光伏系統(tǒng)相關(guān)的光伏組串、巡日裝置、匯流裝置、逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀；安防裝置（攝像頭、避雷器、門禁等）、保護(hù)裝置（高壓開關(guān)、直流接地等）、計量裝置（電量/電壓/電能質(zhì)量相關(guān)計量儀器）等。在本平臺中，系統(tǒng)上線后立即接入的設(shè)備包括：（光伏組件溫度檢測儀置逆變（通過逆變器監(jiān)測匯流情況、環(huán)境監(jiān)測儀、頭，其它設(shè)備在電站運(yùn)行過程中根據(jù)實(shí)際情況逐步接入。以下從設(shè)備接入目的的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)控制內(nèi)容通訊方式等四個角度對設(shè)備進(jìn)行分析。其中，的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為從設(shè)備本身獲取的原始數(shù)據(jù)，在本平臺的應(yīng)用中，除了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外，還會大量使用衍生數(shù)據(jù)，即由系統(tǒng)通過多個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（甚至是不同種類設(shè)備的多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）的組合、計算得到。逆變交流電流、逆變器機(jī)內(nèi)溫度、時鐘、頻率；運(yùn)行狀態(tài)：運(yùn)行、關(guān)閉、待告警數(shù)據(jù)：逆變器廠商所提供的設(shè)備原生告警各異，系控制的內(nèi)容：開啟、停止、參數(shù)設(shè)置/調(diào)整通訊方式：RS485、接入目的：監(jiān)測和控的基礎(chǔ)數(shù)運(yùn)行狀態(tài)：運(yùn)行、關(guān)閉、待控制內(nèi)容：開啟、定位、停止通訊方式通訊方式通訊方式的基礎(chǔ)數(shù)運(yùn)行狀態(tài)：運(yùn)行、關(guān)閉、待控制內(nèi)容：開啟、定位、停止通訊方式為了解決監(jiān)測設(shè)備分散獨(dú)立、無法進(jìn)行集中和診斷的問題，本系統(tǒng)接入所有的光伏電站監(jiān)測設(shè)備，進(jìn)行設(shè)備統(tǒng)一管理，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一查看和分析提供綜合全面的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)行告警發(fā)現(xiàn)與通知、數(shù)據(jù)查詢分析、設(shè)備運(yùn)行管理。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)擴(kuò)展接入，系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在不進(jìn)行二次開發(fā)的情況下即能完成新增設(shè)備的接入設(shè)備數(shù)據(jù)接入后進(jìn)行分級，分類匯總統(tǒng)計，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和事件信息，可以實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備的集中，也可以為故障診斷提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持，亦為電站管理提供全面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和各類報表。監(jiān)測數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用特性分類，實(shí)現(xiàn)不同層面和不同人員關(guān)注不同的信息。同時各級數(shù)據(jù)可自上而下進(jìn)行追溯?？傮w架系統(tǒng)分為4個層次實(shí)現(xiàn)：應(yīng)用層、服務(wù)層、設(shè)備驅(qū)動層、數(shù)據(jù)層，每應(yīng)用層負(fù)責(zé)與使用者進(jìn)行交互，它負(fù)責(zé)將使用者所需數(shù)據(jù)以直觀、合理的方式按照使用者的需要展現(xiàn)給使用者，并記入使用者的輸入信息或操作指令，以傳遞給服務(wù)層進(jìn)行處理；即將系統(tǒng)希望發(fā)送給設(shè)備的信息組織成設(shè)備能識別的格式并傳送給設(shè)備。系統(tǒng)整體設(shè)計方案采用SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）設(shè)計思想，自下而上提供應(yīng)用服務(wù)。下層應(yīng)用不需關(guān)心上層應(yīng)用的邏輯，只需提供本層應(yīng)用的數(shù)據(jù)接口，所有交互由上層應(yīng)用發(fā)起。采用SOA為系統(tǒng)的分層應(yīng)用提供很好的擴(kuò)展性，也為本系統(tǒng)外的其他應(yīng)用提供了不同級別的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能接口。平臺的應(yīng)用是數(shù)據(jù)分類處理與分層應(yīng)用，解決不同設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)及應(yīng)用的差異化需求，具體包括：實(shí)時數(shù)據(jù)與應(yīng)用、周期采樣數(shù)據(jù)與應(yīng)用、事件數(shù)據(jù)與應(yīng)用。監(jiān)測數(shù)據(jù)分層應(yīng)用架構(gòu)如下圖1.應(yīng)用架構(gòu)分類三類數(shù)據(jù)與應(yīng)用基本都包括分類、分類、分類處理、分層應(yīng)用四部分。實(shí)時數(shù)據(jù)與設(shè)備驅(qū)動層通過設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時性，的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分類后最后通過實(shí)時應(yīng)用服務(wù)向運(yùn)行人員提供狀態(tài)，告警處理、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示等應(yīng)用服務(wù)。周期采樣數(shù)據(jù)與應(yīng)設(shè)備驅(qū)動層通過設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)的周期性，的周期采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分類后，然后進(jìn)行格式化規(guī)約處理，最后通過運(yùn)行分析應(yīng)用服務(wù)向技術(shù)管理人員和提供運(yùn)行分析、健康預(yù)測、評估、、報表分析等服務(wù)。事件數(shù)據(jù)與，的事件數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和解析處理后，最后通過診斷應(yīng)用服務(wù)向檢修人員提供診斷、查看事件歷史等服務(wù)。系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計如下，組網(wǎng)架構(gòu)主要包括平臺、監(jiān)測備、通訊設(shè)備、以及各系統(tǒng)/設(shè)備的連接方式。所有設(shè)備統(tǒng)一接入INTERNET，對于沒有提供RJ45接口的設(shè)備，使用RS485/232→TCP/IP轉(zhuǎn)換器適配接入。平臺和數(shù)據(jù)庫集中部署于監(jiān)動層通過INTERNET各設(shè)備的監(jiān)測信息并發(fā)送控制指令，各工作人員在PC機(jī)上通過INTERNET本平臺。由于平臺的不同層（應(yīng)用層、服務(wù)層、設(shè)備驅(qū)動層）或服務(wù)層中的不同服務(wù)均支持分布式的部署，因此，當(dāng)由于設(shè)備太多而使得平臺服務(wù)器性能使用要求時可以將它們重新組合部署，盡可能地增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，最大程度的保護(hù)業(yè)主的投資。三個監(jiān)測層次，分別是電站的整體運(yùn)行監(jiān)測、設(shè)備群監(jiān)測、單設(shè)備監(jiān)測。電站運(yùn)行監(jiān)行情況、關(guān)注度高的數(shù)據(jù)、整體告警信息等。總體的設(shè)備運(yùn)行情況包括處于各種狀態(tài)（運(yùn)行、關(guān)機(jī)、故障等）關(guān)注度高的數(shù)據(jù)包括：逆變器的部分運(yùn)行狀態(tài)（如當(dāng)前的實(shí)時總功率巡日系統(tǒng)當(dāng)前整體的位置（整置的計算方式：假如接入系統(tǒng)中的巡日裝置有10098本處于同一位置，另有2處于其它位置，那么取98件的位置作為當(dāng)前的整置）。整體告警信息包括告警的來源（設(shè)備原生、系統(tǒng)判斷）以及告警的產(chǎn)生時間等信息；設(shè)備群（或單一設(shè)備）的運(yùn)行總體狀況電站運(yùn)行監(jiān)測的界面以圖形、表格加文字說明的形式直觀體現(xiàn)類似如下（顯示的設(shè)備 在運(yùn)行時將使用真實(shí)的 替換）：直觀的圖形顯示方式包括：趨勢圖、餅圖、直方圖、等。下圖是 的展示形式：設(shè)備群監(jiān)設(shè)備群監(jiān)測指同時一群設(shè)備，群的劃分方式較為靈活，可以是某個種類的設(shè)備，如將所有的逆變器劃分為一個群，也可以是某個品牌的某種設(shè)備，如將所有SMA的逆變器劃分為一個群。數(shù)據(jù)以及群中所有設(shè)備的告警數(shù)據(jù)。趨勢圖、餅圖、直方圖、、表格、文字等。單設(shè)備監(jiān)該設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)、該設(shè)備所有的運(yùn)行參數(shù)以及所有的衍生參數(shù)、該單設(shè)備監(jiān)測界面的示意圖如控控制菜單。選擇或輸入的控制內(nèi)容后，指令將立即傳遞給需控制的設(shè)備，基本可以達(dá)到實(shí)時控制。告警通知向使用者提供故障設(shè)備的告警以及設(shè)備在故障前的功能。告式包括：A、界面集中告B、告的真?zhèn)危嗄芎雎跃S修中的設(shè)備的告警，同時還可以通過系統(tǒng)自身的判斷來識別出設(shè)備本身未能發(fā)現(xiàn)的告警。在所有的監(jiān)測界面，都可接收、展示設(shè)備的告警信息，對應(yīng)于三在設(shè)備群監(jiān)測界面可接收、展示這一群設(shè)備的所有的告警，在單設(shè)備監(jiān)測界面，可接收、展示這一設(shè)備的所有的告警信息。圖標(biāo)的顯示，并且在設(shè)備右下腳將出現(xiàn)一個不停閃爍的警鈴，并發(fā)出警報。示意圖如下如果開啟告警，一旦有告警產(chǎn)生，關(guān)聯(lián)的即可馬上接收到。關(guān)聯(lián)的 可以設(shè)置一個或多個。告警通知同系統(tǒng)進(jìn)行緊密結(jié)合，當(dāng)告警詳細(xì)信息展示界面，系統(tǒng)能自動定位到對應(yīng)的設(shè)備來顯示其圖像信息。6.1.4.功能能夠展示實(shí)時的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)“遙視”。視頻可以單獨(dú)使用，即選擇某個設(shè)備后，展示選定設(shè)備傳輸過來的影像；同時，亦和運(yùn)行監(jiān)測、警報通知進(jìn)行緊密結(jié)合，在單設(shè)備監(jiān)測界面和警報通知信息的查看界面，亦同時顯示該設(shè)備的實(shí)時影像。還可控制設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)拍攝方向的調(diào)整、視頻的放大、縮小。析、專家分析。將兩臺逆變器的日發(fā)電量進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，如果有一臺逆變器的發(fā)電量總是比另外一臺低，那么我們就可以認(rèn)為發(fā)電量低的這一臺逆變器效率低下或疑似故障，借此也可以用來判斷逆變器的好壞。夠無縫集成這些診斷工具，并能為其提供其診斷所需要數(shù)據(jù)，并將結(jié)果以直觀的方式展示給使用者。當(dāng)然，除了以上提到的兩種故障分析功能外，系統(tǒng)還能提供故障（故障錄波維修的周期。綜合查詢功能為使用者提供各種數(shù)據(jù)的自定義查詢，可查詢的信息包括系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)，查詢的條件使用可以方便的選擇和自還可以表格+圖形的方式綜合顯示。統(tǒng)計報表功能可為管理人員提供必要的報表，根據(jù)報表的不同，系統(tǒng)自動按照報表的功能及需要，按照日、月、季、年等方式提供不或者通過連接的進(jìn)行打印，打印出的格式和內(nèi)容與看到的格式和內(nèi)容完全一致。了設(shè)備臺帳管理的信息化。除了設(shè)備本身的信息外，使用者還可以為設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識（編號），以幫助使用者在各種設(shè)備展示界面中能夠方便地定位到識別設(shè)備。改、刪除系統(tǒng)用戶，能夠定義每個用戶的角色，亦能為每個用戶或每種角色分配系統(tǒng)各種功能的使用權(quán)系統(tǒng)所有的設(shè)備信息均通過狀態(tài)管理進(jìn)行處理，設(shè)備狀態(tài)包括設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)備的各種參數(shù)的獲取。對不同的設(shè)備，有不同的狀態(tài)處理過程，既有系統(tǒng)循環(huán)發(fā)送請求再由設(shè)備報送的，也有設(shè)備自動報送的。持，從而為系統(tǒng)中的各項處理提供相應(yīng)的依據(jù)，比如說，給用戶發(fā)送一個控制指令時，首先由狀態(tài)管理判斷該設(shè)備目前所處的狀態(tài)，一旦設(shè)備處于不適宜控制的時候，系統(tǒng)將立即停止控制指令的發(fā)送，并反饋給操作者并記錄在系統(tǒng)中。包括與狀態(tài)管理交互，了解待控制設(shè)備是否處于適宜控制狀態(tài)；與排他管理交互，通知排他管理鎖定或定某個設(shè)備等。過程中，系統(tǒng)還沒有收到設(shè)備的控制反饋前，系統(tǒng)應(yīng)不能對該設(shè)備進(jìn)行任何操作。警報識別用于識別設(shè)備的所有告警。它可以通過解析設(shè)備的報文現(xiàn)設(shè)備沒有報送或者設(shè)備本身無法識別的，包括閾值告警和變率告警。告警；統(tǒng)自動發(fā)出的告警。不同，任務(wù)也分為單次任務(wù)、批次任務(wù)和循環(huán)任務(wù)。單次任務(wù)只執(zhí)行一次即系統(tǒng)運(yùn)行過程中永不結(jié)束，它通過設(shè)定的循環(huán)間隔定時執(zhí)行。功能被保存。在需要審計或分析問題時，日志將會提供很多的幫助。電站內(nèi)的各種設(shè)備，除系統(tǒng)以外，其他設(shè)備均采用規(guī)約的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。對于諸多的設(shè)備和各種通信方式，如果對每一類設(shè)備單獨(dú)開發(fā)模塊已經(jīng)不適合（開發(fā)的工作量將及其巨大，且不能支持新增加的設(shè)備），也不利于把這些設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和統(tǒng)計。通過在本系統(tǒng)內(nèi)裝載智能設(shè)備適配器，可以方便的接入各種現(xiàn)有ADP和設(shè)備規(guī)約庫動態(tài)接入各種設(shè)備通過數(shù)據(jù)實(shí)時分析對告警數(shù)據(jù)和特征值進(jìn)行挖掘，過濾變化不大和重復(fù)的數(shù)據(jù)，保證的有效性；通過變頻機(jī)制動態(tài)根據(jù)情況和告警發(fā)生情況變化頻率，做到故障數(shù)據(jù)“錄波”；通過互動式對特定情況發(fā)生時（如收到告警信號、值超過限值、變化率過大等），自動其他指標(biāo)信號，任務(wù)智能變化。下圖為智能信號的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：圖：智能信號總體架系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法為過設(shè)備plugin入各種類型設(shè)備備ADPplugin的信號，從規(guī)約庫中查找特定的規(guī)約，備ADP排他管理模塊傳入的任務(wù)執(zhí)行命令，從規(guī)約庫中查找規(guī)約進(jìn)行消息封裝，通過設(shè)備plugin發(fā)出報文。④設(shè)備ADP（超時或通信中斷給設(shè)備ADP發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送失敗消息。⑤狀態(tài)管理模塊從設(shè)備ADP處接收到數(shù)據(jù)判斷該數(shù)據(jù)是否超過設(shè)定的閥值，若超過閥值則根據(jù)定義的告警等級生成數(shù)據(jù)告警，發(fā)送給警報管理模塊。查看配置文件以確定是否對該數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存分析，若不進(jìn)行緩存，則直接保存該數(shù)據(jù)于硬盤上。若需要對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，則保存該數(shù)據(jù)于內(nèi)存中。待達(dá)到設(shè)定的時間窗時刻時，分析緩存中數(shù)據(jù)，若緩存中該類數(shù)據(jù)變化率超過設(shè)定值，則保存所有該類緩存數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)變化超限事件通知任務(wù)管理模塊變更策略；若數(shù)據(jù)變化率在設(shè)定范圍內(nèi)，則根據(jù)配置規(guī)則挖掘該緩存的一條數(shù)據(jù)（最大、最小、平均、概率值等）間窗。態(tài)管理模塊從設(shè)備ADP到數(shù)據(jù)發(fā)送失敗消息，則生成通信故障⑦狀態(tài)管理模塊從設(shè)備ADP收到規(guī)約和產(chǎn)生的發(fā)送給 進(jìn)行告警通知⑨任務(wù)管理模塊采用多線程任務(wù)調(diào)度，任務(wù)配置文件對任務(wù)進(jìn)行配（任務(wù)執(zhí)行方式：手動、自動、事件觸發(fā)，任務(wù)的先后執(zhí)行順序）對待執(zhí)行任務(wù)設(shè)置執(zhí)行任務(wù)隊列，對排他管理服務(wù)的任務(wù)設(shè)置等他管理模塊。⑩ADP設(shè)備忙，則給任務(wù)管理模塊回復(fù)設(shè)備忙的消息。統(tǒng)一集控平臺系統(tǒng)接入所有的光伏電站設(shè)備和系統(tǒng)包括堅強(qiáng)的分層式部署架構(gòu)平臺采用SOA為服務(wù)，利用WebService合和交互形成全面完整的系統(tǒng)應(yīng)用。各服務(wù)間各自獨(dú)立，分層部署，完全松耦合，各服務(wù)可獨(dú)立升級和，不影響其他功能的應(yīng)用。通過服務(wù)管理對各服務(wù)進(jìn)行，通過服務(wù)調(diào)用流程CallFlow動態(tài)控制業(yè)務(wù)邏輯，形成各種應(yīng)用。采用設(shè)備ADP和設(shè)備規(guī)約庫的智能數(shù)據(jù)采樣體系電站設(shè)備種類和型號各異，各設(shè)備的通口和協(xié)議也都有差別，即便是同種設(shè)備也由于廠商、型號的不同而不同。針對這種情況，對每個設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)開（ADP式（智能設(shè)備適配器）實(shí)現(xiàn)智能。設(shè)備ADP對接，支持不同的接口類型（RS232，RS485，網(wǎng)絡(luò)接口等），并在物理層實(shí)現(xiàn)消息路由功能，提供數(shù)據(jù)透傳。協(xié)議層對物理層上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約匹配和解析，解