摘要：光伏并网发电系统一般由太阳能光伏电池板、逆变器以及输变电设备组成。为保证每部分器件能正常运行需要对大量参数进行测量、保存、分析和控制。众所周知，电站的日常运行数据对于电站系统的管理、设备的维护、以及今后的科研分析具有重要的参考价值。本文通过对光伏电站监控系统设计与研究的分析，实施将多个光伏电站系统的各电力流和电压信号在一个现场监控中心显示屏内集中显示，便于各部门进行信息共享。
关键词：光伏发电站；电力；监控系统；设计
1 光伏发电站系统的组成及特点
光伏发电站系统由太阳能电池板、蓄电池，控制器和逆变器四部分组成。太阳能电池组件的作用是将太阳能转化为电能，供给负载工作或给蓄电池组充电；控制器的作用是对蓄电池组的充放电进行保护；蓄电池组用于存储电能；逆变器的作用是将直流电变换为交流电。
光伏发电站系统的特点是使用寿命长、可靠性高、不污染环境、既能独立发电，又能并网运行，因此分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。
2 光伏并网电站监控系统的需求分析
随着我国太阳能光伏发电技术的普及，从光伏并网电站的特殊应用到民用，再到辅助能源，可见光伏并网发电技术在电网发电中的重要性。由于我国传统的针对光伏并网电站的监控技术较为落后，多是采用单片机作为控制单元、通过RS-485 总线[1]作为通信网络而组成的监测系统，不仅系统的生产成本高，而且系统的通用性较差。因此，为提高我国光伏并网电站的监控系统水平，应该设计出具备智能监控性能的监控系统。基于我国当前光伏并网发电系统设计中，一般由太阳能光伏电池板、并网逆变器与防雷汇流箱等几个部分组成，因此在设计对于该光伏并网电站的智能监控中，应该实现对光伏并网电站设备运行状态的实时监测，对每部分器件的相应参数进行测量、存储和分析，以确保每部分器件能够正常运行。
3 光伏发电站的硬件设计
由于传感器精度、响应速度等对电站监控系统的影响较大，加之测量参数种类繁多，所以要根据不同的测量参数选择不同的传感器，经调理电路送至A/D输入端口。
3.1设计电流传感器以测量25A的额定电流为标准。电压传感器适用于测量电压10~500V、副边额定输出电流为25mA。在实际应用过程中，测量出电压传感器电阻上的电压，乘以转换系数，即可计算出原边上电压数值。这两种传感器模块优越的电性能具备了传统互感器和分流器检测的所有优点，又弥补了互感器和分流器的不足之处，可同时检测交流和直流，或瞬态锋值，成为互感器和分流器的最佳替代品。
3.2风速传感器宜选用抗紫外线的塑质材料制作的风杯，因其重量小、惯性低和起动扭矩小的优点，能真实反应风速信息；其高密度的截光盘更适于高精度的测量，能提高脉冲输出的频率值。
3.3温度传感器的设计着重于具有：体积小、内部无空气隙，热惯性小，无测量滞后；机械性能较好、耐振且抗冲击；能弯曲和便于安装的使用寿命较长的优点。在工作过程中，与温度变送器配套输出4~20mA或1~5VDC。
3.4光照强度传感器的选择应适于室内外安装，通过现场开关选择，按其测量范围的多个分段，含10~2000/4000/10000Lux，输出的电压为0~10VDC。
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4 光伏发电站的硬件结构设计
在硬件结构设计上，此发电站由4套光伏发电系统构成一个光伏阵列，每个发电系统需要有4个传感器测定不同测控点的电流、电压等电气参数，并需要温度、光强传感器来测定光伏阵列的气象参数，共需测量18个测控点。根据系统的开发需求需安装18个不同类型的传感器。其中：
温度监测：监测太阳能光伏阵列表面温度，需在光伏阵列上安装温度传感器。
照度监测：监测室外太阳光的光照强度，需在室外安装光强传感器。
电压、电流监测：监测太阳能光伏阵列输出电压、电流；监测蓄电池端电压以及蓄电池输入输出电流；监测负载直流电的电压及电流，需安装电压、电流传感器。
5 光伏发电站监控系统的实现
本监控系统主要研究对象是太阳能电池板、蓄电池和控制器三部分的相关电气参数。
光伏发电站监控系统需实时采集室外的光照强度，反映出室外光照条件的好坏；太阳能光伏阵列工作过程中吸收太阳能辐射一部分转化为热能，使得光伏电池的温度升高，监控系统采集该温度值并设置报警上限，当温度超出一定值时报警，提醒管理人员作相应处理。太阳能光伏阵列输出的电能不稳定，蓄电池组通过充放电控制器执行充放电控制；蓄电池组一部分电能直接供给直流负载使用，另一部分经逆变器转换为交流后供给交流负载使用，监控系统对蓄电池组输出的电压、电流进行监测。
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控与显示，如室外温度值、湿度百分比、光照度及阵列表面温度值等；可实时监控各光伏阵列的充电电压及电流、蓄电池电压等信息，并对故障点进行异常显示与报警提示；可绘制显示电压—时间曲线、功率—时间曲线等，直流侧输入电流实时曲线、并采集与显示日发电量等电参量。
通过模拟设备输出，经测试，本软件运行流畅，能够模拟出太阳能光伏发电站系统的工作状态，并对相关的数据进行显示并存储到Access数据库中，能够通过历史曲线及实时曲线对运行状态进行分析。
结语
远程监控系统已经成为电站建设不可缺少的重要组成部分，被广泛使用。随着太阳能光伏发电的迅猛发展，提供给了光伏电站远程监控系统难得的机遇。通过光伏电站监控系统项目的研发，全面掌握光伏电站监控系统技术，实现从大型光伏电站到小型微型建筑光伏电站各种电站监控系统的设计和建设。光伏电站监控系统可以让人们进行集群监测和管理，利于进行数据汇总、生成曲线、数据分析等。方便的网络远程管理模式，在光伏电站信息化、智能化、网络化管理上发挥着重要的作用。
参考文献：
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论文作者:马述新
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：光伏论文; 电站论文; 监控系统论文; 电压论文; 发电站论文; 太阳能论文; 蓄电池论文; 《基层建设》2018年第5期论文;