光伏电站电力监控系统的设计与选型方案
光伏电站运行与监控系统设计与优化
光伏电站运行与监控系统设计与优化随着全球对可再生能源的需求不断增长，光伏电站作为一种主要的太阳能发电方式，逐渐成为能源领域的热门选择。
然而，光伏电站运行与监控系统的设计与优化是确保光伏电站高效运行的关键因素之一。
本文将详细介绍光伏电站运行与监控系统的设计原则和优化方法。
一、光伏电站运行与监控系统设计原则1. 功能完善：光伏电站运行监控系统应包括光伏电站的实时监测、故障诊断、数据采集与分析、设备管理等功能。
通过监测光伏电站的发电量、功率等参数，能够及时预警和检测设备故障，提高光伏电站的运行效率。
2. 数据准确可靠：运行监控系统需要能够准确地获取光伏电站各个环节的数据，如光伏组件的发电功率、变流器的输出电流、电网的功率等。
这些数据必须准确可靠，以便及时分析和处理设备故障。
3. 远程监控和控制：光伏电站通常分布在较为偏远的地区，监控系统应具备远程监控和控制功能，能够实时获取光伏电站的数据，远程调整光伏组件的倾斜角、旋转角等参数，确保光伏电站的最大发电效能。
4. 可拓展性强：随着光伏电站的扩建和技术的进步，系统设计应具备较强的可拓展性，能够方便地接入新的光伏组件、变流器等设备，并保证系统的稳定运行。
5. 安全可靠：光伏电站运行与监控系统应具备良好的安全性和可靠性，能够确保系统的稳定运行，防止黑客攻击和数据泄露等安全风险。
二、光伏电站运行与监控系统设计的关键技术1. 数据采集与传输技术：光伏电站的各个环节数据的采集和传输是确保光伏电站运行监控系统正确、可靠工作的基础。
以太网、无线通信等传输技术在数据采集和传输方面得到广泛应用。
传感器的选择和安装位置的确定也是提高数据采集精度的重要因素。
2. 数据存储与处理技术：大规模光伏电站的监控系统会产生大量的数据，如何高效地存储和处理这些数据是一个挑战。
云计算、大数据技术的应用可以提高数据的存储和处理效率，并支持数据的实时分析和预测，为光伏电站的运行提供科学依据。
3. 故障诊断与预警技术：光伏电站发生故障会对发电效率产生较大影响，因此，故障诊断和预警技术成为光伏电站运行监控系统的重要功能之一。
铁路光伏电站监控系统的研究与设计
铁路光伏电站监控系统的研究与设计铁路光伏电站监控系统的研究与设计摘要：随着全球能源危机的日益严重，可再生能源的应用成为解决能源问题的重要途径之一。
光伏电站作为一种主要的可再生能源发电设备，其地理分布广泛且容量大，逐渐成为人们关注的焦点之一。
为了提高光伏电站的运维效率和发电量，本文研究设计了一种铁路光伏电站监控系统，以监测和管理电站的运行状态。
1. 引言随着我国铁路运输的不断发展和电力需求的日益增长，铁路光伏电站作为一种绿色、可再生的能源发电方式，受到了广泛的关注。
铁路光伏电站的建设不仅可以满足铁路系统自身的用电需求，还可以将多余的电力纳入电网。
然而，在铁路光伏电站的运维和管理过程中，存在着一些困难和挑战，如遥感信息获取困难、发电量预测不准确等。
因此，研究和设计一种高效、可靠的监控系统是至关重要的。
2. 系统需求分析基于对铁路光伏电站运维和管理需求的分析，本文提出了以下对监控系统的需求：(1) 实时监测电站的运行状态，包括光伏电池板发电能力、电池充放电状态等；(2) 远程监控，能够随时随地查看电站的实时数据；(3) 数据采集和存储，能够采集并存储电站的历史数据；(4) 故障报警功能，能够及时发现和报警电站的异常状况；(5) 数据分析与管理，能够对电站的数据进行分析和管理，为决策提供参考依据。
3. 系统设计与实现基于以上需求，本文设计了一个铁路光伏电站监控系统。
该系统由数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和数据展示模块组成。
(1) 数据采集模块：该模块通过安装在电站中的传感器采集光伏电站的各项数据，包括光伏电池板的发电能力、电池的充放电状态等。
采集到的数据会通过数据传输模块传输到上级服务器。
(2) 数据传输模块：该模块通过无线通信方式将采集到的数据传输到上级服务器。
为了确保数据的及时性和可靠性，采用了无线通信技术。
(3) 数据处理模块：该模块负责对传输过来的数据进行处理和分析。
采用数据挖掘和机器学习算法，对数据进行分析和建模，以提高发电量的预测准确性和电站的运维效率。
光伏电站监控设备选型与配置方法
光伏电站监控设备选型与配置方法1现场监控设备选型与配置现场监控是通过 LCD显示屏和应急启停按键实现对设备的监控，每隔一段时间就读取各监控参数的值。
现场监控就是在现场设备逆变器上装有人性化的LCD人机界面，实现对现场故障应急启停控制，并可实时显示各项运行数据、故障数据、一定时间内的历史故障数据、总发电量数据和一定时间内的历史发电量数据等，使现场巡查人员方便、及时掌握该设备的整体信息。
在光伏发电系统中，现场监控一般集成在逆变器中。
现场监控设备的选型与配置主要对逆变器LCD显示功能的选配。
对于现场监控LCD 显示屏主界面上显示信息包括运行信息、故障记录、启停控制和参量设置。
运行信息中显示电网电压、并网电流、输出功率、电网频率、机内温度、当天发电量、月发电量、年发电量、总发电量、运行时间等信息。
下图8-3为逆变器LCD显示情况。
图8-3 逆变器LCD显示例如，现场监控选择 TJDM12864M 型号的 LCD 液晶显示器，它是一款带中文字库的图形点阵模块，采用动态驱动方式驱动128×64 点阵显示。
模块组件内部主要由 LCD 显示屏、驱动器（SEGMENT DRIVER）和负压产生电路构成。
它供电电压范围宽，低功耗，内含多种功能的指令集，通过向显示RAM写入命令显示图像，操作简易。
而且采用 COB 工艺制作，结构稳固，寿命长。
2下位机设备选型与配置光伏监控系统下位机主要包括汇流箱、并网逆变器、环境采集仪等设备。
1.下位机汇流箱选配在光伏发电系统中，汇流箱主要实现电池组件串并联的汇流功能。
为了较好的识别光伏电站的运行情况，我们需要对每组电池组件的输出电压、电流进行数据采集和检测。
所以智能汇流箱必须包含数据采集及显示功能。
下图7-4为智能汇流箱的数据采集监控模块。
图8-4 汇流箱采集监控模块图8-5 环境监测仪图8-6温度测量仪对于下位机汇流箱要具备如下技术特点：(1)具有每路电流监控，电流检测范围：0.1A—15A；(2)具有电流状态显示，显示每支路实际电流值，精度小数点后1位；(3)具有电压监控，电压检测范围：DC50V—DC1200V；(4)具有电压状态显示，精度为个位以上；(5)具有485通讯功能，可采用具有Modbus的通讯协议；(6)具有下位机地址设置，可采用8421码编码开关设置，可设置1-254组网地址；(7)具有通讯波特率设置。
光伏电站监控系统设计方案分析
光伏电站监控系统分析摘要：综合论述了目前国具有实际工程意义的大型光伏电站及分布式光伏系统的几种监控系统方案。
光伏监控系统采用的通讯手段主要包括：有线方式：工业RS485总线、PROFIBUS总线、工业以太网、CAN总线、Modern线；无线方式：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA红外。
文中对各种通讯方式的构成、特点及应用作了简要阐述及对比。
引言太阳能光伏发电项目随中国政府持续出台的支持光伏产业发展的政策不断增多[1]，截至2012 年底，我国累计建设容量7.97 GW，其型光伏电站4.19 GW，分布式光伏系统3.78 GW [2]。
国家能源局发布的《太阳能发电发展“十二五”规划》称，到2015 年底，太阳能发电装机容量达到2100万kW（即21 GW）以上，年发电量达到250 亿kWh。
随着大型光伏电站及分布式光伏系统的建设和投运，业主及电网公司对设备的实时监控提出了更高的要求。
光伏监控系统需实现的功能有：1）汇流箱、逆变器、电池板、蓄电池组及其控制器（带储能功能的光伏系统）、环境温度等底层设备实时数据及状态的采集；2）底层设备故障报警；3）重要数据的历史存储；4）远方及本地对电站设备的必要操控。
即集遥测、遥控、遥信、遥调功能为一体，且需具备高可靠性，全年不间断工作。
目前具有实际工程意义的监控系统从物理实现方式上可分为有线及无线两种。
有线方式主要包括：工业RS485总线、PROFIBUS现场总线、CAN 总线、Modem线、工业以太网；无线方式主要包括：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA红外。
需根据实际工程要求及各种通讯方式的特点选择适合的监控方案。
1 基于现场总线的光伏监控系统1.1 兆瓦级及以上并网光伏电站监控系统兆瓦级及以上光伏电站占地面积广、设备数量及种类庞大、建设集中。
目前最为广泛采用的是有线监控方式。
整体架构包括：本地数据采集、数据传输、数据存储与处理三部分，如图1所示。
基于光伏电站中光伏方阵的监控系统的设计与应用
基于光伏电站中光伏方阵的监控系统的设计与应用
一、任务
（一）工作任务
某地区安装了一个光伏电站，现在要建一个监测系统，监测光伏电站中光伏方阵的实时和历史的输出电压和输出电流，达到为光伏电站的运行和维护提供技术支持的目的。
（二）工作要求
1.根据当地的气象条件（如光照度，环境温度等），并依据光伏电站中光伏组件的标称电压和标称电流估算出光伏方阵的输出电压和输出电流值；
2.用智能仪表将光伏方阵的输出端与上位机进行通信连接；
3.在上位机中的组态软件设计一个光伏方阵的输出电压和输出电流的监控界面，界面上设计一个光伏电压仪表和光伏电流仪表控制，当光伏电站和监控系统运行时可以直观地看出光伏方阵输出的电流和电压值，当光伏方阵输出电压和电流值不正确时，能根据输出的参数对相关设备进行故障的排除和分析；
4.在组态软件中定义智能仪表的设备、光伏方阵的输出电流与输出电压的数据库变量，并将变量与智能仪表及监控界面进行动态数据链接。
5.在组态软件中建立一个光伏方阵的输出电压与输出电流的实时和历史数据曲线，可以通过曲线直观地看出光伏方阵输出电压与输出电流随时间发生变化的规律与趋势。
（三）实施条件
（四）考核时量120分钟（五）评价标准。
光伏电站远程视频监控系统解决方案
用户培训
对用户进行系统操作和维护培训，确保用户能够 正常使用和维护系统。
后期维护
定期对系统进行检查和维护，保证系统的稳定运 行和延长使用寿命。
04
解决方案的效益分析
经济效益分析
降低运维成本
远程视频监控系统可以实时监测 电站设备的运行状态，及时发现 并处理故障，减少现场巡检的频 率，从而降低运维成本。
远程视频监控系统有助于提高 光伏电站的管理水平和技术水 平，推动可再生能源的发展。
展望
技术升级与创新
随着技术的不断进步，远程视频监控系统 将不断升级和创新，提高监控的准确性和
实时性。
拓展应用领域
远程视频监控系统不仅可用于光伏电站的 监控，还可拓展应用于其他可再生能源领 域和工业领域，具有更广泛的应用前景。
提升能源利用效率
通过远程监控系统，可以实时了解电站的运行状 况，优化能源的利用效率，为社会节约能源资源 。
促进清洁能源发展
光伏电站远程视频监控系统的应用，有助于推动 清洁能源的发展，减少对传统能源的依赖，促进 社会可持续发展。
环境效益分析
减少环境污染
光伏电站的运行过程中不产生污染物，远程视频监控系统的应用可 以进一步减少对环境的干扰和污染。
节约土地资源
光伏电站的建设不需要消耗大量的土地资源，远程视频监控系统的 应用可以进一步减少对土地的占用和破坏。
促进生态恢复
光伏电站的建设可以在一定程度上恢复当地的生态环境，远程视频 监控系统的应用可以更好地保护和恢复当地的生态平衡。
05
案例分析述
该解决方案为大型光伏电站提供了一套全面的远程视频监控系统，具备高清晰 度、稳定可靠的特性。通过高清摄像头和智能分析技术，实现对电站的全面监 控，及时发现异常情况，提高电站的安全性和运行效率。
08 光伏电站监控系统设计(廖文本)
第八章光伏电站监控系统设计【学习目标】1.熟悉光伏发电系统监控体系结构和监控系统功能；2.熟悉光伏监控系统内容及本地监控软件功能和设计要素；3.熟悉光伏监控系统主要部件及选配方法；4.熟悉自动监控系统辅助设备内容及选配要素。
【本章简介】对大型并网光伏发电系统而言，太阳电池组件较多，布置也很分散，因此需要设置必要的数据监控系统，对光伏发电系统的设备运行状况、实时气象数据进行监测与控制，确保光伏电站在有效而便捷的监控下稳定可靠地运行。
8.1光伏电站监控系统结构与布局1. 光伏并网监控系统的结构设计光伏并网监控系统主要由现场监控、本地下、上位机监控和远程监控三大部分组成。
现场监控是通过 LCD显示屏和应急启停按键实现对设备的监控，每隔一段时间就读取各监控参数的值。
下位机主要包括汇流箱、并网逆变器、环境采集仪等设备。
本地上位机监控指本地监控计算机、Web服务器以及部署在上述服务器中的应用软件。
远程监控指通过以太网与本地监控服务器相连，电力调度中心的操作人员可以随时随地通过互联网和IE浏览器实施远程监控。
下图8-1为10MW并网光伏发电系统监视结构设计图。
光伏阵列汇流箱逆变器LCD显示通讯管理机光端机光伏阵列汇流箱逆变器通讯管理机光端机...工业交换机服务器本地监控与调度远程监控与调度环境监控LCD显示图8-1 10MW光伏系统监控结构2.光伏并网监控系统的功能设计光伏并网发电系统需要监测的状态量有：电网电压、电网频率、锁相、直流电压、直流电流、驱动电流、驱动电压、设备温度等。
当这些状态量都正常时，表明系统是处于正常工作状态。
光伏并网发电系统需要采集的数据有：光伏电池瞬时输出电流、并网各相电压、并网各相电流、系统的启停状态、电网频率、光伏并网系统当日发电量、光伏并网系统累计发电量、风向、风速、日照强度、环境温度，这些数据有的是采集来的原始量，有的是经过原始量计算得来的。
现场监控能够反映受监控设备的实时工作状态和设定的参数，同时可以对设备的启停进行控制，它不仅能实现监测，还可供维修人员操作界面控制现场设备。
太阳能光伏电站光伏监控系统设计方案
太阳能光伏电站光伏监控系统设计方案监控系统是电力系统不可缺少的组成部分，是电力系统自动化的基础。
监控系统为电力系统的安全生产和经济调度服务，为电力工业管理的现代化服务。
按设备使用方向的不同分为：光伏监控系统、电力监控系统。
第一节光伏监控系统设计光伏监控系统是针对电厂内参与生产的前端设备工作状况的监控，实时监测电站内的智能设备的状态参数及运行情况，智能控制、维护相关设备，并能通过声音等方式发出报警信息，及时告知维护管理责任人。
根据设备功能的不同，主要分为以下几种：1）组件数据的监控2）逆变器数据的监控3）环境数据的监控4）监控管理计算机1组件数据的监控主要对于电厂内的太阳能电池组件的工作状态、性能的监控。
一般设计为在组件汇流箱内安装相应路数的直流电流测控模块实现，通过对每路接入的组件单元电流数据实时监测，根据模块地址和现场的相对应编号，就能判断出没有正常运行的具体位置组件单元。
2逆变器数据的监控主要对于电厂内的逆变器设备的工作状态、运行参数、故障报警、设备参数等的监测，包括：接入端的直流电压、直流电流，有功功率、无功功率、效率、日发电量、总发电量、运行状态、设备温度，输出端的交流电压、交流电流等数据；对设备的远程系统参数的修改、设备的启停的控制。
通常设计为通过设备本身所提供的通讯接口接入整个监控系统。
3环境数据的监控主要对于电厂内的环境监测仪的工作状态、数据参数的监测，包括：辐照强度、环境温度、风速、风向等数据。
通常设计为通过设备本身所提供的通讯接口接入整个监控系统。
4监控管理计算机监控管理计算机是整个系统的核心，一般设计使用专用监控软件通过解析各设备地址及内部寄存器地址读取各项数据，再由监控软件组态为直观图形、数字并备注注释实时、集中显示在监控显示器上，供操作人员快捷、有效的管理及操作；还可根据需要设计其他辅助功能，比如趋势图、报表等。
第二节全站电力监控系统设计电力监控系统的开发目标是建立一个安全可靠，能提供各种高级服务，并有为应用程序的执行和实施提供较强功能的开放式平台的系统，成为一个符合电力系统现代化管理要求的，分布式，开放式，模块化，可扩充的综合管理系统。
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光伏电站电力监控系统设计与选型方案
陆晓君
上海安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定201801
1概述
当今世界，煤炭、石油等化石能源频频告急，环境污染问题日益严峻。
而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。
大力发展光伏产业、积极开发太阳能，在全球范围得到了空前重视，已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。
光伏产业也称太阳能电池产业，即利用太阳能级半导体电子器件吸收太阳光辐射能，并使之转换为电能的产业。
光伏电站主要由光电池阵列、汇流箱、低压直流柜、逆变柜、交流低压柜、升压变压器等组成，最后产生的高压交流直接并入电网。
针对每个环节电力参数检测的需要，安科瑞公司推出了AGF系列光伏汇流采集装置、PZ系列直流检测仪表及ACR系列电力质量分析仪，分别应用于汇流箱、直流柜及交流柜中，并通过Acrel-3000V8.0光伏电力监控系统实现后台集中监控。
Acrel-3000V8.0光伏发电监测系统是上海安科瑞电气股份有限公司针对太阳能发电系统开发的软件平台，可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监测和控制，通过各种样式的图表及数据快速掌握电站的运行情况，其友好的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警确保了太阳能光伏发电系统的完全可靠和稳定运行。
2光伏电站电力监控表计
AGF系列光伏汇流采集装置是专门应用于智能光伏汇流箱，用于监测光电池阵列中电池板运行状态，光电池电流测量，汇流箱中防雷器状态采集、直流断
路器状态采集、继电器接点输出，带有风速、温度、辐照仪等传感器接口，装置带有RS485接口可以把测量和采集到的数据和设备状态上传。
PZ系列直流检测仪表是针对直流屏、太阳能供电、电信基站等应用场合而设计的，该系列仪表可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。
既可用于本地显示，又能与工控设备、计算机连接，组成测控系统。
仪表可具有RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU协议；可带模拟量输出、继电器报警输出、开关量输入/输出。
根据不同要求，通过仪表面板按键，对变比、报警、通讯、开关量输出进行设置与控制。
3光伏电站电力监控系统表计的选型方案
应用场合型号主要功能
汇流采集AGF
4-16路DC0-20A输入，3路开关量输入，4种类型模拟量信号输入，2路继电器输出，防雷光电隔离，
RS485/Modbus-Rtu协议，精度0.5级
直流屏PZ72-DE
直流电压、电流、功率、电能（正向与
反向）测量；RS485/Modbus协议、LED
显示
PZ72L-DE
直流电压、电流、功率、电能（正向与
反向）测量；RS485/Modbus协议、LCD
显示
PZ300-DE
直流电压、电流、功率、电能（正向与
反向）测量；RS485/Modbus协议、LCD
显示、导轨式安装
配电柜ACR330ELH
三相I、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ；四象限电能计量；THDu,THDi、HRUn/HRIn(2-31次各次谐波分量)；CF（电压波峰系数）、THFF（电话波形因子）、KF（电流K系数）、εu(电压不平衡度）、εi(电流不平衡度）计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；RS485/Modbus、大屏幕点阵式LCD图
形显示、全中文菜单
4光伏电站电力监控系统
4.1光伏发电监测系统组网示意图
4.2软件功能
实时监测太阳能电池板的电压、电流及其运行状况
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，监测其故障信息
系统详细运行参数显示
故障记录及报警
具有电量累计、系统分析、历史记录功能
简单易用的参数设置功能
4.3软件界面
监控系统提供功能选择画面，并对光伏阵列现场环境进行实时监测与显示，如室外温度值、湿度百分比、光照度及阵列表面温度值等；
系统运行主画面
监控系统可分区域实时监测各光伏阵列的充电电压及电流、蓄电池电压及温度等信息，并对故障点进行异常显示与报警提示；
汇流监测系统画面
监控系统可绘制显示逆变器电压—时间曲线、功率—时间曲线等，直流侧输入电流实时曲线、交流侧逆变输出电流曲线，并采集与显示日发电量等电参量；
逆变器监测画面
监控系统可针对光伏发电现场的各种事件进行记录，如：通讯采集异常、开关变位、操作记录等，时间记录支持按类型查询，并可对越限报警进行更改设置；
事件记录监测画面
监控系统对光伏发电的发电量可形成月棒图及年度棒图显示，并折算成二氧化碳、二氧化硫减排量值；并可查看太阳辐射强度趋势曲线、风速变化趋势曲线显示
曲线、棒图分析画面
5系统报价
单位：元（RMB）名称型号
单
位
面价备注
监控主
机IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166xDVD/KB+MS/D
-Link530+外设
台8500
均可用户自
备，以当时市
场价格为准，
显示器三星19寸液晶显示器台3000
三星22寸液晶显示器台3800该报价仅供参
考
打印机
HPLaserJet1020A4台2500
EPSON-LQ1600KIIIHA3台4000
UPS电源山特C1KS台5000山特C2KS台6500
通讯线
缆
五类线米 4.6屏蔽双绞线RVVP2×1.0米 5.6光纤（多模）米 6.6
通讯机
柜1200×600×600面3000 2200×600×600面5000
光电转
换HTB-1000只750
远距离传输终端盒只60
尾纤面50
耦合器面50
熔接点个50
通讯转
换
扩展卡ACRNET-PCI/4块3000扩展卡串口服务器ACRNET-PORT(2口)只3000
串口服务器串口服务器ACRNET-PORT(4口)只5500
通讯前置机ACRNET-UC02(2口)只4000
通讯前置机通讯前置机ACRNET-UC04(4口)只6000
通讯前置机ACRNET-UC08(8口)只11500
通讯管理机ACRHMI台30000人机界面
组网设
备网络交换机EDS-208台3000
局域组网网络交换机EDS-408台8500
监控软
件Acrel监控组
态软件V8.0
系统组态软件
图形组态软件
电能管理软件
数据库软件
套
3万设备数量1～10
4万
设备数量11～
20
6万
设备数量21～
40
8万
设备数量41～
80
10万元以
上
设备数量80以
上双机版套单机价格×1.5数据转发每+1用户套3000
Web发布每+1用户（总用户数≤5）套5000
电力监控仪表
AGF台
根据输入路
数
PZ72-DE台1400 PZ72L-DE台1600 PZ300-DE台1400
ACR330ELH台4860
注：光伏电力监控仪表可按上述报价的70%优惠供应。
7结束语
太阳能是优秀的绿色能源，是21世纪能源发展的方向，使用太阳能时不会带来污染，不会排放出任何对环境不良影响的物质，是一种清洁的能源，可以作为人类永久性的能源，取之不尽、用之不竭。
利用Acrel-3000V8.0光伏发电监测系统可以确保太阳能光伏发电系统的可靠和稳定运行。
该系统在宁远10MW 光伏电站、国投敦煌10MW太阳能并网示范电站、西藏桑日10MW光伏电站、大唐青铜峡10MW光伏并网电站（一期）工程等项目中得到运用。
作者简介：
1、陆晓君，研究方向为电力监控配电系统技术，
Email:acrellxj@。