光伏电站一体化监控方案-邓平.doc

太阳能光伏电站一体化监控平台技术与分析方案目录1. 项目概述 32. 总体目标 43. 设计原则 54. 接入设备分析 64.1. 逆变器 64.2. 巡日系统 74.3. 光伏阵列（光伏阵列温度测量仪） 74.4. 视频 74.5. 气象监测仪 85. 系统架构 95.1. 总体架构 95.2. 应用架构 105.3. 物理架构 126. 系统功能 146.1. 应用层功能 146.1.1. 运行监测 146.1.2. 远程控制 196.1.3. 警报通知 196.1.4. 视频监控 216.1.5. 分析诊断 216.1.6. 综合查询 226.1.7. 统计报表 226.1.8. 设备管理 226.1.9. 系统管理 226.2. 服务层功能 236.2.1. 状态管理 236.2.2. 设备控制 236.2.3. 排他管理 236.2.4. 警报识别 236.2.5. 任务管理 246.2.6. 日志管理 246.3. 设备驱动层功能 247. 关键技术 288. 系统软硬件配置方案 301. 项目概述随着规模性的太阳能电站在中国开始陆续建设和投入运行，如何实时了解电站的运行状况，如何满足上一级系统或电网调度系统的监控需求，是电站业主和电网公司所共同关心的问题。

而现有光伏电站监控系统主要由逆变器厂商随设备提供，主要从本厂逆变器出发，对电站运行的一些参数进行监测，难以或不能直接控制逆变器的运行状态，亦无法获取电站中的其它设备的信息及控制这些设备，更无法满足电网调度系统对电站的实时监控要求另外，大型电站均会采用不同厂商的产品，这些不同厂商的产品彼此无法兼容，造成一个个“孤岛”系统，无法形成统一的监控体系因此，迫切需要一套统一的监控平台，能够对不同厂商、不同类别、不同型号的逆变器及其它设备进行管理，实现对光伏电站完整、统一的实时监测和控制2. 总体目标n ◆建设光伏电站监控设备的统一管理平台实现电站设备的统一运行监控，数据的集中管理，给运行人员、检修人员、管理人员等提供全面、便捷、差异化的数据和服务；成为电站设备的承载系统，为电站设备的规划、新设备的接入提供载体；建立统一的数据库，为监控平台和其他各种专业监控系统提供数据服务n ◆整合各类监测数据，实现对不同人员的差异化服务对运行人员、管理人员、检修人员、领导等不同人员提供不同的用户界面、展现方式、数据信息等在各类人员登录后，即可看到各自最关心的内容，提供差异化服务；为运行人员提供设备的状态信息、告警信息、实时数据等数据应用服务；为管理人员提供各类监测数据的统计、变化趋势、状态信息等应用服务；为检修人员提供告警信息、变化趋势、故障录波数据等应用服务。

3. 设计原则本系统在设计上坚持以下原则：(1) 完整性- 业务数据完整性：系统能够完成不同厂商不同种类不同型号设备的监测数据统一完整采集 业务流程完整性：系统能够提供实时数据、周期采样数据、事件数据的应用服务2) 规范性- 系统建设遵循有关国家标准、国际标准、电力行业有关标准 制定或完善相关标准规范，确保监测设备、监测数据通讯的规范性 界面设计遵循有关界面设计规范3) 扩展性- 硬件扩展性：系统能够广泛适配新接入监测设备的通信接口 软件扩展性：软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸4) 开放性- 系统能够同各类专家系统进行数据信息交换 系统能够与电网调度等系统进行数据信息交换5) 集成性- 能够集成环境、安防、电能量、电能质量等监测数据，分类处理，分类存储，统一界面显示监测数据6) 可操作性- 界面友好，操作方便，注重用户体验4. 接入设备分析光伏电站中涉及到的监控设备种类较多，包括光伏系统相关的光伏组串、巡日装置、汇流装置、逆变器、环境监测仪；安防装置（摄像头、避雷器、门禁等）、保护装置（高压开关、直流接地等）、计量装置（电量/电压/电能质量相关计量仪器）等在本平台中，系统上线后立即接入的设备包括： 光伏阵列（光伏组件温度检测仪）、巡日装置、逆变器（通过逆变器监测汇流情况）、环境监测仪、摄像头，其它设备在电站运行过程中根据实际情况逐步接入。

以下从设备接入目的、采集的基础数据、控制内容、通讯方式等四个角度对设备进行分析其中，采集的基础数据为从设备本身获取的原始数据，在本平台的应用中，除了基础数据外，还会大量使用衍生数据，即由系统通过多个基础数据（甚至是不同种类设备的多种基础数据）的组合、计算得到4.1. 逆变器接入目的：监测和控制采集的基础数据：累加参数：当前总功率、发电量（日、月、季度、年、总）、二氧化碳减排量（日、月、季度、年、总）、告警次数；运行参数：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器机内温度、时钟、频率；运行状态：运行、关闭、待机；告警数据：逆变器厂商所提供的设备原生告警各异，系统保证不遗漏任何一家厂商设备的任何一个原生告警控制的内容：开启、停止、参数设置/调整通讯方式：RS485、RJ454.2. 巡日系统接入目的：监测和控制采集的基础数据：状态位置：高度角、方位角等；运行状态：运行、关闭、待机；告警数据：设备可提供的所有原生告警数据；控制内容：开启、定位、停止通讯方式：RS4854.3. 光伏阵列（光伏阵列温度测量仪）接入目的：监测采集的基础数据：温度控制内容：无通讯方式：RS4854.4. 视频接入目的：监测和控制采集的基础数据：影像控制内容：云台：放大、缩小、转向枪机：放大、缩小通讯方式：RJ454.5. 气象监测仪接入目的：监测采集的基础数据：状态位置：高度角、方位角等；运行状态：运行、关闭、待机；告警数据：设备可提供的所的原生告警数据；控制内容：开启、定位、停止通讯方式：RS4855. 系统架构5.1. 总体架构为了解决监测设备分散独立、无法进行远程集中监控和诊断的问题，本系统接入所有的光伏电站监测设备，进行设备统一管理，设备运行数据统一采集、查看和分析，提供综合全面的运行状态监测、运行告警发现与通知、数据查询分析、设备运行管理。

为实现设备的动态扩展接入，系统应能实现在不进行二次开发的情况下即能完成新增监控设备的接入设备数据接入后进行分级存储，分类汇总统计，利用监测数据和事件信息，可以实现电站设备的集中远程监控，也可以为故障诊断提供技术手段和数据支持，亦为电站管理提供全面的统计数据和各类报表监测数据按数据类型和应用特性分类存储，实现不同层面和不同人员关注不同的信息同时各级数据可自上而下进行追溯总体架构系统分为4 个层次实现：应用层、服务层、设备驱动层、数据层，每个层次负责各自的处理，最终通过组合形成使用者可使用的系统功能应用层负责与使用者进行交互，它负责将使用者所需数据以直观、合理的方式按照使用者的需要展现给使用者，并记入使用者的输入信息或操作指令，以传递给服务层进行处理；服务层负责进行业务的实际处理、数据运算、处理流程的控制；设备驱动层负责与设备进行通讯，从设备中获取数据，并进行解析，转换成系统能够识别的数据格式；同时，还提供以上的逆向处理，即将系统希望发送给设备的信息组织成设备能识别的格式并传送给设备5.2. 应用架构系统整体设计方案采用SOA（面向服务架构）设计思想，自下而上提供应用服务下层应用不需关心上层应用的逻辑，只需提供本层应用的数据接口，所有交互由上层应用发起。

采用SOA 为监控系统的分层应用提供很好的扩展性，也为本系统外的其他应用提供了不同级别的数据服务和功能接口一体化监控平台的核心应用是数据分类处理与分层应用，解决不同设备监测数据及应用的差异化需求，具体包括：实时数据与应用、周期采样数据与应用、事件数据与应用监测数据分层应用架构如下图：图1.应用架构图◆分类架构三类数据与应用基本都包括分类采集、分类存储、分类处理、分层应用四部分◆实时数据与应用设备驱动层通过设备进行状态数据的实时性采集，采集的实时数据进行分类存储后，最后通过实时应用服务向运行人员提供状态监控，告警处理、实时数据显示等应用服务◆周期采样数据与应用设备驱动层通过设备进行运行数据的周期性采集，采集的周期采样数据进行分类存储后，然后进行格式化规约处理，最后通过运行分析应用服务向技术管理人员和领导提供运行分析、健康预测、评估、预警、报表分析等服务◆事件数据与应用当设备出现故障时，设备驱动层通过设备进行事件数据的触发性采集，采集的事件数据进行分类存储和解析处理后，最后通过远程诊断应用服务向检修人员提供远程诊断、查看事件历史等服务5.3. 物理架构系统组网设计如下，组网架构主要包括一体化监控平台、监测设备、通讯设备、以及各系统/设备的连接方式。

所有监控设备统一接入INTERNET，对于没有提供RJ45 接口的设备，使用RS485/232→TCP/IP 转换器适配接入平台和数据库集中部署于监控平台服务器，对平台的不同层（应用层、服务层、设备驱动层）或服务层中的不同服务亦可以根据需要进行分布式部署平台的设备驱动层通过INTERNET 采集各设备的监测信息并发送控制指令，各工作人员在PC 机上通过INTERNET 访问本平台由于平台的不同层（应用层、服务层、设备驱动层）或服务层中的不同服务均支持分布式的部署，因此，当由于监控设备太多而使得监控平台服务器性能无法满足使用要求时，可以将它们重新组合部署，尽可能地增加系统的可扩展性，最大程度的保护业主的投资6. 系统功能6.1. 应用层功能6.1.1. 运行监测运行监测用于监测电站及设备的运行情况，从总体到局部依次有三个监测层次，分别是电站的整体运行监测、设备群监测、单设备监测6.1.1.1. 电站运行监测电站运行监测主要监测电站的总体运行情况，包括总体的设备运行情况、关注度高的数据、整体告警信息等总体的设备运行情况包括：处于各种状态（运行、关机、故障等）中的设备数；关注度高的数据包括：逆变器的部分运行状态（如当前的实时总功率）；巡日系统当前整体的位置（整体位置的计算方式：假如接入系统中的巡日装置有100 件，其中98 件是基本处于同一位置，另有2 件处于其它位置，那么取98 件的位置作为当前的整体位置）。

整体告警信息包括：电站中所有的未消除的告警信息的列表，列表中展示告警的内容、告警的来源（设备原生、系统判断）以及告警的产生时间等信息；设备群（或单一设备）的运行总体状况电站运行监测的界面以图形、表格加文字说明的形式直观体现，类似如下（显示的设备图片在运行时将使用真实的图片替换）：对于部分指标或参数，在上界面中亦能以各种直观的图形来显示，比如可以以如下趋势图的方式来显示电站当日总功率的变化情况：直观的图形显示方式包括：趋势图、饼图、直方图、仪表盘等下图是仪表盘的展示形式：6.1.1.2. 设备群监测设备群监测指同时监控一群设备，群的划分方式较为灵活，可以是某个种类的设备，如将所有的逆变器划分为一个群，也可以是某个品牌的某种设备，如将所有SMA 的逆变器划分为一个群群设备监测的内容包括群设备当前的总体运行情况、关注度高的数据以及群中。