光伏电站自动化系统
光伏发电自动跟踪系统的设计
光伏发电自动跟踪系统的设计一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了越来越多的关注。
其中，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广泛的应用前景。
然而，传统的光伏发电系统往往存在固定安装、无法有效跟踪太阳位置的问题，导致能量接收效率不高。
因此，本文旨在设计一种光伏发电自动跟踪系统，以提高光伏电池板的能量接收效率，从而推动光伏发电技术的发展和应用。
本文首先介绍了光伏发电的基本原理和现状，分析了传统光伏发电系统存在的问题和不足。
然后，详细阐述了光伏发电自动跟踪系统的设计原理和实现方法，包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面，介绍了系统的主要组成部分，如传感器、电机驱动器等，并阐述了它们的工作原理和选型依据。
在软件编程方面，介绍了系统的控制算法和程序流程，包括太阳位置计算、电机控制等。
本文对所设计的光伏发电自动跟踪系统进行了实验验证和性能分析，证明了该系统的有效性和优越性。
也指出了该系统存在的不足之处和改进方向，为未来的研究提供了参考和借鉴。
通过本文的研究和设计，旨在为光伏发电领域提供一种高效、可靠的自动跟踪系统解决方案，推动光伏发电技术的进一步发展和应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。
二、光伏发电原理及关键技术光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的发电方式。
当太阳光照射到光伏电池上时，光子与光伏电池内的半导体材料相互作用，激发出电子-空穴对。
这些被激发的电子和空穴在光伏电池内部电场的作用下分离，形成光生电流，从而实现光能向电能的转换。
光伏发电的关键技术主要包括光伏电池材料的选择、光伏电池的结构设计、光电转换效率的提升以及系统的集成与优化。
光伏电池材料是光伏发电的基础，常用的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜光伏材料等。
不同材料具有不同的光电转换效率和成本，因此在选择时需要综合考虑性能和经济性。
光伏电池的结构设计也是影响光伏发电效率的重要因素。
自动控制系统在光伏发电中的应用
自动控制系统在光伏发电中的应用自动控制系统在光伏发电中扮演着至关重要的角色。
随着可再生能源的发展，光伏发电作为一种清洁、可持续的能源形式，正受到越来越多的关注和应用。
自动控制系统的应用可以确保光伏发电系统的高效稳定运行，提高其发电效率和经济性。
一、自动控制系统的基本原理在光伏发电系统中，自动控制系统主要负责对光伏阵列、逆变器、电池组等关键设备的监测、调节和保护。
它通过感知环境和设备状态的参数，实时掌握系统运行情况，并根据需求进行相应的调整，以实现光伏发电系统的最佳工作状态。
1. 光伏阵列的自动调节光伏阵列是光伏发电系统的核心组成部分，其工作状态直接影响发电效率。
自动控制系统通过监测光照强度、温度等关键参数，可以实时调整光伏阵列的倾斜角度和方位角，最大限度地捕捉到太阳光的能量，提高光伏发电效率。
2. 逆变器的自动调节逆变器是将光伏阵列输出的直流电转换为交流电的设备。
自动控制系统可以实时监测逆变器的工作状态和输出电压、电流等参数，根据需求对逆变器进行调节，确保其稳定工作，并根据电网的要求进行功率因数校正，以提高光伏发电系统的并网能力。
3. 电池组的自动管理电池组在光伏发电系统中的作用是储存电能，以供夜晚或低光照条件下使用。
自动控制系统可以对电池组的充电和放电过程进行控制，实现对电池组的智能管理。
通过合理调节充电和放电电流，延长电池组的使用寿命，提高能量利用率。
二、自动控制系统的优势和应用场景自动控制系统在光伏发电中具有以下优势，使其被广泛应用于光伏发电系统中。
1. 提高发电效率自动控制系统可以根据实时的环境和设备状态对光伏发电系统进行调节，最大限度地提高能量的捕捉和转换效率，从而提高光伏发电系统的发电效率。
2. 保障系统的安全稳定运行自动控制系统可以监测电压、电流、温度等各种关键参数，及时发现异常情况，并采取相应的措施保护设备的安全运行，提高光伏发电系统的可靠性和稳定性。
3. 降低维护成本自动控制系统可以对设备进行智能管理和调度，减少人工干预的需求，降低运维成本。
试论自动化技术在并网太阳能光伏发电中的应用
试论自动化技术在并网太阳能光伏发电中的应用摘要：随着可再生能源的快速发展,太阳能光伏发电已成为实现能源转型的重要途径。
为实现光伏发电的高效率、大规模应用,自动化技术的引入发挥着关键作用。
本文通过阐述自动化技术在光伏发电各环节中的具体应用,分析了其在提升建设、运行效率、实现精确监控、降低人为错误方面的优势。
研究表明,自动化系统不仅减少了人力成本,也大幅提高了系统可靠性和安全性。
随着核心技术进一步优化,自动化光伏电站将推动能源革命,实现可再生能源的规模化利用。
关键词:太阳能光伏发电;自动化技术;监控系统;一、引言随着全球能源危机的日益严峻,发展可再生能源已经成为当今世界的重要趋势。
太阳能作为清洁而可再生的能源形式,受到了各国政府和专家学者的高度重视。
我国是太阳能资源大国,发展和利用太阳能具有得天独厚的优势。
太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式,经过多年发展,已经成为我国新增装机容量中增长最快的可再生能源。
然而,由于受光伏组件转换效率、节能控制、储能系统等多方面因素的制约,光伏发电系统的经济性和规模化应用仍面临一定困难。
为实现光伏发电的大规模应用,必须进一步提高系统的运行效率、可靠性和智能化水平。
自动化技术为此提供了有效手段。
本文拟通过分析自动化技术在并网太阳能光伏发电各个环节中的具体应用,阐述其在提高系统效率、可靠性、智能化水平方面的优势,并对存在的问题与未来发展趋势进行展望,以期对促进我国光伏发电健康发展提供参考。
二、自动化技术在太阳能光伏发电站的建设中的应用在太阳能光伏发电站的建设过程中,自动化技术的应用主要体现在组件安装、监控系统搭建以及设备防护几个方面。
第一,自动化的安装设备和运输系统可以大大提高组件的安装效率。
通过精确的机械手和传送带系统,可以实现组件的快速、精确的拾取、运输和安装,不仅提高了工作效率,也减少了可能的人为错误。
第二,自动监控系统的应用可以实现对整个电站运行参数的远程实时监测。
光伏电站有功功率、无功功率自动控制系统（SPSGC-3000）
光伏电站有功功率、⽆功功率⾃动控制系统（SPSGC-3000）光伏电站有功功率、⽆功功率⾃动控制系统（SPSGC-3000）光伏电站有功功率、⽆功功率⾃动控制系统（SPSGC-3000）是国能⽇新开发的⼀款对光伏电站有功功率和⽆功功率⾃动控制的系统，系统接收调度主站定期下发的调节⽬标或当地预定的调节⽬标计算光伏电站功率需求、选择控制设备并进⾏功率分配，并将最终控制指令⾃动下达给被控制设备，最终实现光伏电站有功功率、⽆功功率、并⽹点电压的监测和控制，达到光伏电站并⽹技术要求。
1、总体设计AGC/A VC系统硬件部署结构如图所⽰，该系统部署电场安全1区，采⽤双⽹结构，系统硬件主要由智能通讯终端、AGC/A VC服务器、操作员⼯作站、交换机组成。
AGC/AVC 系统与现场升压站监控系统、逆变器监控系统、⽆功补偿装置等设备通讯获取实时运⾏信息，数据通信宜采⽤⽹络模式，也可采⽤串⼝通信模式。
并将实时数据通过电⼒调度数据⽹上传到主站系统，同时从主站接收有功/⽆功控制指令，转发给逆变器监控系统、⽆功补偿装置等进⾏远⽅调节和控制。
AGC/A VC控制系统⼀体化设计，集中组屏。
整个光伏电站的实时数据仅通过⼀套AGC/A VC控制管理终端与主站通信，完成数据采集、处理、通信、逆变器有功/⽆功⾃动控制功能。
2、基本功能能够⾃动接收调度主站系统下发的有功控制指令或调度计划曲线，根据计算的可调裕度，优化分配调节机组的有功功率，使整个电场的有功出⼒，不超过调度指令值。
具备⼈⼯设定、调度控制、预定曲线等不同的运⾏模式、具备切换功能。
正常情况下采⽤调度控制模式，异常时可按照预先形成的预定曲线进⾏控制向调度实时上传当前AGC/A VC系统投⼊状态、增⼒闭锁、减⼒闭锁状态、运⾏模式、电场⽣产数据等信息；能够对电场出⼒变化率进⾏限制，具备1分钟、10分钟调节速率设定能⼒，具备风机调节上限、调节下限、调节速率、调节时间间隔等约束条件限制，以防⽌功率变化波动较⼤时对风电机组和电⽹的影响。
光伏电站系统解决方案
光伏电站系统解决方案简介光伏电站是利用太阳能光电变换技术将太阳能转化为电能的设施。
随着对环境保护和可再生能源的关注度增加，光伏电站的建设日益增多。
本文将介绍光伏电站系统的解决方案，包括系统组成、工作原理和优势等方面。
系统组成光伏电站系统由多个组件和设备组成，包括光伏电池组件、逆变器、电网连接装置、配电系统和监控系统等。
光伏电池组件光伏电池组件是光伏电站最核心的部分，它由多个光伏电池模块组成。
光伏电池常用的类型有单晶硅、多晶硅和薄膜电池等。
光伏电池组件能将太阳能转化为直流电能。
逆变器逆变器是将光伏电池组件输出的直流电能转换为交流电能的设备。
交流电能更适合在电网中传输和使用。
逆变器还具有功率调节功能，可以根据需求调节输出功率。
电网连接装置电网连接装置用于将光伏电站的电能与电网连接起来，实现光伏电站与电网之间的能量交换。
电网连接装置包括变压器、电表和断路器等。
配电系统配电系统用于将光伏电站的电能传输到各个用电设备。
配电系统包括配电盘、电缆和开关等。
监控系统监控系统是光伏电站的重要组成部分，用于监测光伏电站的运行状态和性能。
监控系统可以实时监测光伏电池组件的功率输出、逆变器的工作情况以及电网连接状态等，并提供报警和故障诊断功能。
工作原理光伏电站的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.光伏电池组件接收到太阳光，并将太阳能转化为直流电能。
2.逆变器将直流电能转换为交流电能，并调节输出功率。
3.电网连接装置将光伏电站的电能与电网连接起来，实现能量交换。
4.配电系统将光伏电站的电能传输给各个用电设备。
5.监控系统监测光伏电站的运行状态和性能，实时提供数据和报警信息。
优势光伏电站系统具有以下优势：1.环保节能：光伏电站利用太阳能作为能源，不消耗化石燃料，不产生温室气体和污染物。
是一种清洁、环保的能源解决方案。
2.长寿命：光伏电池组件具有较长的寿命，一般可达25年以上。
3.低维护成本：光伏电站的设备具有较低的维护成本，一般只需要定期清洁和检查设备的工作状态。
太阳能光伏发电中电气自动化的应用
太阳能光伏发电中电气自动化的应用【摘要】太阳能光伏发电中电气自动化的应用在现代能源领域具有重要意义。
本文从智能光伏发电系统的发展趋势入手，探讨了太阳能光伏发电厂中的自动化控制系统、电气自动化在太阳能光伏发电中的作用、智能监控系统以及电气设备自动化等方面。
通过对这些内容的分析，总结出太阳能光伏发电中电气自动化的应用对提高发电效率和减少人为干预具有重要作用。
文章还探讨了未来太阳能光伏发电的发展方向和电气自动化在该领域面临的潜在挑战。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地了解太阳能光伏发电与电气自动化的结合对清洁能源行业的重要性，以及相关技术的前景与挑战。
【关键词】太阳能光伏发电、电气自动化、智能光伏发电系统、自动化控制系统、监控系统、发展趋势、作用、电气设备、总结、发展方向、挑战。
1. 引言1.1 太阳能光伏发电中电气自动化的应用的重要性太阳能光伏发电中电气自动化的应用对于提高发电效率、降低运营成本、保障电网稳定具有重要意义。
随着太阳能光伏发电技术的不断发展和普及，传统的人工操作方式已经无法满足日益增长的发电需求。
而借助电气自动化技术，可以实现光伏发电系统的智能化控制和运行，提高系统的响应速度和稳定性，降低运维成本，减少人为误操作带来的风险。
在电气自动化的应用下，太阳能光伏发电厂可以实现远程监控、智能调度、故障诊断等功能，提升整个发电系统的安全性和可靠性。
太阳能光伏发电中电气自动化的应用不仅可以提高发电效率，还可以为实现清洁能源的可持续发展做出重要贡献。
1.2 太阳能光伏发电与电气自动化的结合太阳能光伏发电与电气自动化的结合是当前能源领域的一个热门话题。
随着能源需求的增长和环境保护意识的提高，太阳能光伏发电作为清洁能源的代表，受到了越来越多的关注和支持。
而电气自动化作为现代工业生产的重要组成部分，其在太阳能光伏发电中的应用也备受关注。
太阳能光伏发电与电气自动化的结合，不仅可以提高发电效率和稳定性，还可以降低运营成本和人力成本。
光伏电站综合自动化系统与调度自动化系统
受调度指令进行调节，就地模式为就地手动输入功率。 想要使用远方或者就地模式的前提是全场AGC功能投入
广州市新中轴线电视塔 - 设计介绍
AGC功能——人机界面
广州市新中轴线电视塔 - 设计介绍
AGC功能——人机界面
区
升压站 监控数据
电能质量在线 监测
广州市新中轴线电视塔 - 设计介绍
气象数据
无功补偿在线 监测
综合终端（RTU）
• • • •
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操作系统则采用嵌入式多任务 实时操作系统（Linux） 通信协议：支 IEC103/101/104等国际协议， 支持国内常见的各种规约 通信方式：支持串口RS232、 总线RS485、RS422以太网 （TCP/UDP） 具有友好的设置界面，可以针 对不同的工程进行灵活设置， 满足不同需要。具有监视界面， 可以实时监视系统的运行，查 看各种状态
时等。 下简面单几说幅来图是，典就型是的实光现伏4电遥站功监能控（画遥面 信、
遥测、遥控、遥脉）
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光伏电站综合监控系统
广州市新中轴线电视塔 - 设计介绍
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光伏电站综合监控系统
广州市新中轴线电视塔 - 设计介绍
光伏电站综合监控系统
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光伏并网支持系统功能——AVC
AVC控制模式 无功控制 ：接收调度和当地下发的总无功
功率目标值； 电压控制 ：接收调度和当地下发的高压母 线电压目标值，根据目标母线电压、当前母 线电压及系统阻抗（通过自学习法辨识得到
光伏电站综合自动化系统与调度自动化系统
系统兼容性与扩展性
光伏电站自动化系统需要与其他 能源管理系统、电力调度系统等 进行数据交互和共享。需要提高 系统的兼容性和扩展性，实现与 不同厂商、不同型号设备的互联 互通。
智能化水平提升
当前光伏电站自动化系统的智能 化水平还有待提高。需要进一步 加强人工智能、机器学习等技术 在光伏电站中的应用研究，提升 系统的自学习、自适应和自决策 能力。
政策建议与行业协作倡议
加强政策引导
政府应出台相关政策，鼓励光伏电站综合自动化系统和调度自动化 系统的研发和应用，推动行业创新发展。
加强标准制定
行业组织应积极推动相关标准的制定和完善，促进不同系统之间的 互联互通和互操作性。
加强产学研合作
企业、高校和科研机构应加强产学研合作，共同推动光伏电站综合 自动化系统和调度自动化系统的技术进步和产业升级。
06
实践案例与经验分享
某大型光伏电站综合自动化系统建设实践
建设背景
随着能源结构的转型和可再生能源的大规模开发，光伏电 站的规模和数量不断增加，对电站的运行管理和维护提出 了更高的要求。
建设目标
通过建设综合自动化系统，实现对光伏电站的全面监控、 智能调度、故障预警和远程维护，提高电站的运行效率和 管理水平。
数据交互与共享
01 02
数据采集与传输
通过光伏电站的监控系统采集实时数据，如发电量、电压、电流等，并 将这些数据传输到调度自动化系统。同时，调度自动化系统也可以向光 伏电站发送控制指令，实现对电站的远程操控。
数据格式转换与标准化
由于光伏电站和调度自动化系统可能采用不同的数据格式和标准，因此 需要进行数据格式转换和标准化处理，以确保数据的准确性和一致性。
建设内容
包括光伏阵列监控、逆变器监控、汇流箱监控、环境监测 、能量管理、远程调度等子系统，以及相应的通信网络和 数据处理中心。
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全面解决方案
系统简介：
随着传统能源的过度开发及环境污染等问题日益严重， 太阳能作为最具潜力的可再生能 源，因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性以及实用的经济性，越来越被人们所 青睐。 通过太阳能级半导体电子器件吸收太阳光辐射能， 并将之转换为电能的发电站称为光伏 电站，目前光伏发电已经成为我国能源结构的重要组成部分。 太阳能光伏电站按照运行方式可分为离网光伏电站和并网光伏电站： 未与公共电网联接的光伏电站称为离网光伏电站，由太阳能光伏电池方阵组件、 低压直流柜、直流/交流逆变器等组成。 与公共电网联接且承担供电任务的光伏电站称为并网光伏电站，它是太阳能发电 的重要发展方向，由太阳能光伏电池方阵组件、汇流箱、低压直流柜、并网逆变 器、交流低压柜、升压变压器等组成。 其中并网式光伏电站又分为： 大型并网光伏发电站（10MW 及以上） 工业厂区屋顶光伏发电站（通常是 1MW 及以上级别）
1
NSA3000T 光伏电站后台监控系统
2
NSA3100G 远动通讯管理机 NSA3900H 规约转换器 NSA3000G 系列 保护测控设备 NSA3400 系列 微电网保护测控设备 NSA2100ZN 智能交直流电源系统 NSA3100HQ 电能质量监测系统 NSA2610 卫星同步装置 NSA100SVG 高压有源动态无功补偿装置 NSA200APF 有源电力滤波装置 NSA400HLX 汇流箱 NSA400NBQ 逆变器
主要监测项目包括：光伏组串输出直流电压、输出直流电流、输出直流功率、各路输入 总发电功率、总发电量、汇流箱输出电流、汇流箱输出电压、汇流箱输出功率、电流监测允 差报警、空气开关状态、故障信息等 直流配电柜监控
主要监测项目包括：进线电压、电流、母线开关状态、防雷器状态、之路电流等。 交流配电柜监控
通过对电站内一次及二次配电网络状态的监控， 了解电站内各电气设备的运行情况及状 态，并对电站的并网状态、有/无功功率流向情况等进行实时监控。
光伏组件分布监控
能够根据汇流箱采集数据显示各个光伏方阵的输出功率，定位异常光伏组件。 逆变器监控
主要监测项目包括： 直流电压、 直流电流、 直流功率、 交流电压、 交流电流、 电网频率、 功率因数、当前发电功率日发电量、累积发电量、累积 CO2 减排量、逆变器内温度、时钟 逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路、 散热器过热、 逆变器孤岛、 DSP 故障、 通讯故障等。 汇流箱监控
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
智能汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分， 其主要作用是按照一定的串、 并联方式 将光伏阵列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。方案设计中采用 NSA400HLX 汇流箱。 光伏并网逆变器 本方案采用 NSA40同步装置： 采用 NSA2100ZN 智能交直流电源系统及 NSA2600 时间同步系统。
★ NSA3000T 光伏电站综自系统
NSA3000T 光伏电站综自系统可以实时监测太阳能电池板的电压、电流及其运行状况； 监测防雷器状态、断路器状态采集与显示，实时监控逆变器工作状态 ；显示系统详细运行 参数、故障记录及报警； 具有电量累计、系统分析、历史记录功能及参数设置功能。
光伏电站电气结构监控
电能质量监测及治理： 电能质量监测系统 采用我公司生产的 NSA3100HQ 型电能质量监测系统 电能质量治理设备 采用我公司生产的 NSA100SVG 高压有源动态无功补偿装置及 NSA200APF 有源电力滤波装置。
★ 方案特点
完善功能性：能提供完善的保护、测量、控制功能和优化的系统方案； 高度可靠性：产品软件架构合理，稳定可靠，产品硬件结构布局和电磁兼容均由于 国家和行业相关标准，能够保障所有设备长期可靠运行要求； 强大扩展性：装置采用模块化设计思路，各类插件模块通用性高，具有扩展性强和 维护便利的优点，能充分实现各种现场应用要求； 强大通讯功能：通讯规约种类丰富，并能根据工程需求扩展规约；通讯组网结构可 靠性高、 扩展型强， 满足各类组网结构要求。 如双网冗余方式、 光纤星形拓扑结构、 光纤环网结构。
★ 产品应用
序 号 装置型号及名称 功能定义 系统配置、图形组态，通信组态、报表管理、数据库维 护、后台 VQC、一体化五防主机、事故追忆、小电流接地 选线、程序化操作、CVT 功能远程浏览、告警直传、交换 机状态检测等。 支持各种远动规约与调度端的数据通信，完成与站控级 计算机设备的网络通信，可靠保障系统并网接入电力调 度网。 将站内非 61850 设备通信装置转换成 61850 标准接入自 动化系统而设计开发的，在设计的过程中充分考虑了装 置恶劣的运行条件。 “四合一”保护（保护、遥测、遥控、遥信）测控装置。 380V 低压保护测控设备。 一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型交直 流系统，提供了方便、可靠的二次电源。 对整个系统进行电能质量监测和管理功能，提高系统的 能源管理效率，保障系统的安全可靠运行。 高精度的同步主时钟及高可靠性高灵活性扩展装置。 应用柔性交流输电技术来解决传统的无功补偿和无源滤波装置 不能有效解决的动态电能质量问题。 谐波处理，提高电能质量、延长用户设备的使用寿命和 节约电能。 将若干个光伏组件串列接入光伏防雷汇流箱，通过防雷 器与断路器后输出，方便了后级逆变器的接入。 把直流电能转变成交流电，由逆变桥、控制逻辑和滤波 电路组成。
★ 系统结构
大型并网光伏电站： 大型并网光伏电站， 监控系统宜采用光纤环型网络， 相邻逆变器室内的环网交换机互相 连接。
厂区屋顶光伏电站: 因光伏场地分散， 各屋顶光伏发电监控单元之间没有专用的电缆或光缆连接通道， 计算 机监控系统宜采用无线网桥星型拓扑网络，实现各屋顶光伏发电模块的集中监控。
推荐方案：
南京电研在多年研发微机保护和综合自动化系统的基础上，结合国内电网及光伏厂站 多年的运行经验，采用 NSA3000T 光伏电站综合自动化系统、NSA400HLX 系列汇流箱、 NSA400NBQ 逆变器、NSA3000G 系列保护装置、NSA2100ZN 交直流电源系统、NSA2600 卫星同 步装置、NSA3100HQ 电能质量监测及治理等设备为光伏电站自动化系统提供了整套全面的解 决方案。
★ 光伏发电及变电设备
太阳能电池组件 目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。 目前单晶硅太阳能 电池板的单体光电转换效率为 16%～18%，是转换效率最高的，但是制作成本高，还没有实 现大规模的应用。 多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约 15%～17%。制作成本比单晶硅太阳能电池 要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展。 智能汇流箱
主要监测项目包括：光伏发电总输出有功功率、无功功率、功率因数、电压、电流、断 路器故障信息、防雷器状态信息等。 环境参数监控
主要监测日照辐射、风速、风向、环境温度、太阳能电池板温度等。 升压变、馈线开关等变电设备监控
主要监测项目包括：保护动作信号、保护装置故障信号、保护告警信号、非电量保护 动作信号、非电量报警信号、开关，刀闸运行信号、告警信息、电压、电流、有\无功功 率、功率因数、保护测控设备运行信息