（石家庄科林电气股份有限公司）
The Application and Implementation of Photovoltaic Power Generation Monitor control System
ChangShengQiang, ChenHongYu, LeiHengLiang, ZhaoHongJie, HouZhiWei
(ShiJiaZhuang KE ELECTRIC CO., LTD)
【摘 要】随着煤炭、石油等传统化石能源日益枯竭，能源危机将席卷全球，并且环境污染也日趋严重，雾霾天气、持续高温等恶劣环境问题也不断影响着人们健康，所以新能源的开发迫在眉睫。太阳能、风能、水能等大自然的清洁能源不断被利用开发，以太阳能为代表的新能源技术取得了多方面的进展，与传统能源相比，太阳能不仅清浩环保无污染，而且没有任何污染物和噪声，光伏发电技术具有越来越大的经济效益。
国家鼓励各类电力用户按照"自发自用，余量上网，电网调节"的方式建设分布式光伏发电系统。优先支持在用电价格较高的工商业企业、工业园区建设规模化的分布式光伏发电系统。支持在学校、医院、党政机关、事业单位、居民社区建筑和构筑物等推广小型分布式光伏发电系统。随着小型分布式光伏发电项目的增加，实时状态监控及运行维护的问题也暴露出来，这些分布式光伏发电项目多是自发自用，实时监控投入大、维护费用高，并需要专业的技术人员监护，制约了分布式光伏的发展。该项目则避免了大量基础投资，可实时在线关注光伏发电运行状况，保证了分布式光伏发电项目的顺利实施。该系统也支持光伏电站的监控。
【关键字】光伏发电；逆变器；智能监控；手机APP客户端
【Abstract】With the coal, oil and other traditional fossil energy ageing, Not only the energy crisis will spread over the world, but the environmental pollution is also an increasingly serious problem. The fog haze weather, continuous high temperature and other adverse environmental problems also affect people’s health, all that means the search for new energy sources is urgent. Solar, wind, hydropower or other clean energy is continuously development and utilization, new technologies，represented by the Solar technology has made progress in many aspects. Compared with the traditional energy, it is not only clean and environmental protection, but without any pollution and noise. By contrast, Photovoltaic power generation have a larger economy benefit.
The state encourages that various power users distributed Photovoltaic power generation system in the way of generated for local use, the remaining electricity on the Internet and power system regulation. First supports uses electricity the price high industry and commerce enterprise, the construction formalization industry garden area.Support in places promotions such as school, hospital, party and government organizations, institution, inhabitant community construction and building.With the increasing of small-distributed photovoltaic power generation project, real-time condition monitoring and operation maintenance problems are exposed, these projects is more spontaneous for self-use, real-time monitoring in large, high maintenance cost, furthermore, it need professional and technical personnel monitoring, restricting the development of distributed photovoltaic.Investment of the project is to avoid a lot of foundation, it also can real-time online pay attention to the running status of photovoltaic power generation to ensure the smooth implementation of distributed photovoltaic power generation project. The system will also support the monitoring of photovoltaic power station.
【Key words】Solar Energy, Inverter, Smart Monitor, Android App
引言
随着煤炭、石油等传统化石能源日益枯竭，能源危机将席卷全球，并且环境污染也日趋严重，雾霾天气、持续高温等恶劣环境问题也不断影响着人们健康，所以新能源的开发迫在眉睫。
随着小型分布式光伏发电项目的增加，实时状态监控及运行维护的问题也暴露出来，这些分布式光伏发电项目多是自发自用，实时监控投入大、维护费用高，并需要专业的技术人员监护，制约了分布式光伏的发展。在此前提下需要建立一套基于云数据中心及互联网技术的智能监控系统。通过该系统能够把离散的小型分布式光伏发电系统及大中型光伏电站的数据采集上来，通过互联网进行在线展示发布，用户通过浏览器、手机、平板电脑等移动设备随时随地了解发电状况，实时查看现场设备运行状况和实时掌握报警信息进行故障排除，根据综合数据进行分析评估。
1．光伏发电智能监控系统实现框图
（图1）
整个系统分为采集子站侧、云数据中心侧、互联网发布三部分。
采集子站侧通过自主研发的光伏逆变器采集器装置，通过RS485口采集现场逆变器、环境监测仪、汇流箱信息。采集器与设备通信规约采用Modbus规约。采集的数据信息按照自定义自描述规约方式上传监控中心，发送周期为1分钟。采集器对外提供宽带、GPRS/3G、WIFI方式。
监控中心侧作为整个系统的监测中心，集数据采集、处理、存储、展示于一体。系统通过采集服务器集群方式采集现场数据，然后经业务处理层对数据进行相应业务处理。最后由存储层保存数据到数据中心。系统配置大数据分析平台服务器，深度挖掘历史数据和实时数据，提供商业智能辅助决策分析。
WEB发布部分通过互联网方式把实时数据、历史数据、分析图表、告警等信息内容发布到PC机浏览器、手机、平板电脑等移动终端上。
2．功能实现
2.1 通信规约
通信规约采用自主知识产权的规约，主要包含认证授权、实时数据、告警信息等主要报文。
通信方式采用宽带、GPRS/3G、WIFI方式，主动连接监控中心采集系统，连接后发送认证信息（包含采集器全球唯一序列号及认证码），监控中心认证通过后，才允许数据接入，避免了非法连接的侵入。
数据报文主要包含采集器序列号、设备序列号（如逆变器、环境监测仪等设备）、时间戳、数据信息以及验证码。
通信规约还规定了设备档案在线智能更新功能，采集器自动维护本装置采集的逆变器、环境监测仪档案信息。监测到档案变化时，自动上传档案信息到监控中心，监控中心则根据上传档案信息动态更新相应档案信息。
2.2 采集服务器集群的实现
考虑到日后接入的光伏发电系统及光伏电站数量庞大，所以在系统搭建上考虑采集服务器集群模式来解决处理瓶颈问题。具体实现方式有2种：1、采用多服务器模式，电站接入时指定接入服务器，通过人工方式分配采集服务器。2、采用云计算方式，建立云虚拟主机，把多台服务器虚拟为一台服务器，动态分配系统资源，实现服务器即插即用。上述两种模式各有优劣，根据需要选择。第一种方式实现简单、费用造价低，适用于初期使用。第二种方式硬件投资大、需专业虚拟主机的软硬件设施。当系统规模大到达一定量时，中后期采用该方式为佳。
2.3数据采集、处理、存储功能
系统将采集的数据根据定义的计算模型进行业务数据处理，如减排CO2、等效减伐树木、收益分析等，并产生实时告警信息。
通道异常丢失的数据可通过自动或人工补召方式从子站中获取，保证了数据不丢失。
处理的数据由存储模块保持到历史数据库中，当数据库异常时，数据暂时先缓存到本地文件中，数据库恢复正常后再转存到数据库，保证了历史数据存储的完整性。
2.4 Web网页的实现
本系统开发了一套互联网发布系统，用于信息发布，采用Java Web开发技术、采用Java+Js+AJAX+Struct+Hibernate技术实现WEB网页动态发布、图表展示。
页面实时数据通过AJAX技术，定时向后台请求数据，后台收到请求信息后分析请求参数，通过分布式技术向服务器实时库请求所需数据，组织好数据后发送到前台进行展示。
在线展示各种分析报表，如发电功率与日照强度对比表，发电量与收益分析曲线等，用户可自定义各种样式的分析图表，形式灵活多变，功能强大。
在线组态图形展示功能，用户可在线绘制电站组态图形并上传到网站，便可以在线查看电站图形实时画面信息。如绘制电站一次接线图形。
整个网站系统采用图文并茂的方式，形象生动的展示了光伏发电的现场情况。可按级别查看电站、采集器、逆变器实时数据、告警信息。按时间段、类型查看历史数据及告警信息。
整个网站系统采用严格的用户认证模式，用户通过口令登录后，只能浏览本用户权限内的电站信息，没有维护权限的用户无法修改任何信息。用户无论登录、退出及任何维护操作均记录到日志表中。
2.5手机APP客户端功能实现
随着智能手机的普及，越来越多的应用开始在手机上实现，用户通过3G网络、WIFI方式可方便的连接到互联网，所以光伏发电监控系统在保证系统安全性的前提下，把部分信息推送到手机上，用户可随时随地打开客户端查看发电情况和发电收益。
本系统基于Android平台开发手机APP客户端主要包括以下部分：电站选择、电站详情、电站监视、电站画面等几部分。
电站选择主要是用户登录后，以列表方式列出该用户下所有电站，用户点击则切换当前电站。
电站详情页显示了电站详细信息，如名称、建站日期、厂家、经纬度、容量、售后维护人员信息等。
电站监视主要包括电站信息、发电量、逆变器信息、警告等页面。电站信息是当前电站汇总数据页，显示了当前功率、当日发电量、总发电量、减伐树木、减排CO2、总收益等实时数据及发电功率曲线；发电量显示了日、月、年、总体发电量曲线，通过按钮可自由切换，选择日期可查看指定日期的曲线数据。逆变器信息显示了各个逆变器实时上传的实时数据。警告页面可按事项类型、时间查阅本站告警事项信息。
电站画面采用SVG组态图形技术，以组态图形技术展示电站实时信息，图形可通过编辑工具绘制生成。
手机APP客户端与后台通讯采用了互联网HTTP通讯协议，通过JSON数据包的方式进行数据传输。
2.6 其它功能实现
除上述功能外，系统还提供大数据分析中心功能，进行电站在线智能分析，如数据深入挖掘分析技术，实现发电效率评估、智能故障分析、发电功率预测等功能。
3．结束语
采用物联网技术，实现分布式光伏发电和光伏电站的零维护接入。在线实时对分布式光伏发电及光伏电站进行智能化监测和对逆变器、汇流箱、电池组件等关键设备运行效率、故障发生率等主要指标进行分析和评价。实时查看现场设备运行状况和实时掌握报警信息进行故障排除，根据综合数据进行分析评估。所有信息可通过互联网实时发布，实现随时随地查看现场发电情况。
参考文献：
[1]王成福; 光伏发电监控系统的设计与实现; 电力系统通信; 2011年06期
[2]郑诗程; 光伏发电系统及其控制的研究; 合肥工业大学; 2005年
[3]程若发; 基于DSP光伏发电监控系统设计与实现; 制造业自动化; 2010年14期
作者简介：
常生强 (1978 -)，男, 大学本科, 工程师; 从事电力调度及变电站自动化系统研发工作；
陈洪雨 (1975 -)，男，大学本科，工程师；从事电力自动化、智能电表研发工作；
雷恒亮 (1987 -)，男，大学本科，工程师；从事电力调度及变电站自动化系统研发工作
赵宏杰 (1978 -)，男,大学本科 , 工程师; 从事电力用户用电信息采集系统研发工作；
侯志卫(1980-)，男，大学本科，工程师；从事用电信息采集系统及电能表研发工作；
论文作者:常生强,陈洪雨,雷恒亮,赵宏杰,侯志卫
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年10月供稿
论文发表时间:2016/3/9
标签：电站论文; 光伏论文; 数据论文; 实时论文; 信息论文; 在线论文; 分布式论文; 《工程建设标准化》2015年10月供稿论文;