1 需求分析

　　如果太陽能系統(tǒng)無法正常運轉的話，光伏電站所有者可能會損失一大部分收益。由于光伏系統(tǒng)由多個零件暴露在戶外、電網故障、部件老化、損壞和維護不當，因此，系統(tǒng)性能也許還會受到影響。在避免對系統(tǒng)所有者的收入造成損失方面，對問題進行及時應對是極為重要的。

　　根據需求分析，本次項目以各光伏電站系統(tǒng)數據源為基礎，以安全經濟運行和提高企業(yè)整體效益為目的，可以選用國內先進、性能穩(wěn)定、功能強大、安全可靠、操作方便、用途廣泛的紫金橋實時數據庫系統(tǒng)作為基礎數據平臺，采用先進、適用、有效的專業(yè)計算方法，實現(xiàn)整個公司范圍內的信息共享，電站生產過程的實時信息監(jiān)控和調度，為公司管理層提供真實、可靠的實時運行數據，為市場運作下的企業(yè)提供科學、準確的經濟性指標。從管理角度來看，它為控制企業(yè)成本、為提高生產力提供重要而真實的運行數據;同時，通過數據的分析和比較，能提出科學的、合理的決策方案，使企業(yè)管理層的經營決策更具科學性。

2 整體方案設計

　　該系統(tǒng)為一套完整縝密的實時監(jiān)控系統(tǒng)。通過故障識別并通知維護團隊和電站所有者，該系統(tǒng)能夠對光伏系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障進行及時響應?？捎糜谏逃眉肮彩聵I(yè)規(guī)模光伏電站。

　　解決方案簡介：為確保能夠對問題進行及時應對，為光伏發(fā)電集團集團開發(fā)一套光伏電站遠程監(jiān)控中心系統(tǒng)，這是一套充分進行網絡應用，并可靈活擴展的可提供24/7實時監(jiān)控的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠讓光伏系統(tǒng)所有者對系統(tǒng)的產能量進行每日、月度及年度追蹤、獲取最新的總產量信息、光伏系統(tǒng)目前銷量、過去及未來收入和其他關于太陽能電站的詳細信息等。電站所有者可查看天氣預報、二氧化碳減排信息和其他生態(tài)信息等。

2.1 系統(tǒng)整體架構

系統(tǒng)整體架構圖

　　系統(tǒng)整體采用集中式數據采集架構，整體分為兩個部分，分別是下屬各光伏電站和集團總部。

(1)下屬光伏電站企業(yè)

　　架構底層為下屬電站企業(yè)層，包括多家公司。在各個分公司分別放置一臺接口機，接口機可根據集團需要監(jiān)視的指標和采集頻率從各電站系統(tǒng)中采集逆變器、匯流箱、直流屏等系統(tǒng)數據。接口機上運行采集電站系統(tǒng)的接口軟件。在接口機與電站系統(tǒng)之間加裝防火墻，保障生產系統(tǒng)的安全性。

典型光伏發(fā)電站拓撲圖如下：

(2)公司總部

　　架構上層為公司總部層。該層用千兆交換機進行組網，連接的設備有紫金橋實時數據庫服務器、應用服務器、數據發(fā)布服務器、數據采集接口機。

　　系統(tǒng)采用集中式數據采集方式，在公司本部部署一臺數據采集接口機，通過運行接口軟件將下屬各電站企業(yè)接口機的實時數據采集到公司總部紫金橋實時數據庫服務器中。采用集中式數據采集可以保證數據的安全性和保密性，減少系統(tǒng)的故障點，使系統(tǒng)易于管理和維護;可以節(jié)約成本;

　　紫金橋實時數據庫服務器用于接收、處理、存儲來自各電站企業(yè)逆變器、變流箱、直流柜、電表等系統(tǒng)的實時數據;

　　應用服務器提供系統(tǒng)需要的管理信息統(tǒng)計，指標計算等業(yè)務應用;

　　數據發(fā)布服務器用于數據的發(fā)布，管理員可以通過IE訪問數據發(fā)布服務器，可以配置、管理和發(fā)布網頁，普通用戶經授權后在任何位置都可以通過IE瀏覽器來訪問網頁，查看網頁發(fā)布信息。

2.2 數據采集

　　數據采集是實時數據庫的重要組成部分，它負責將現(xiàn)場數據實時傳送給數據庫，將操作數據下送到現(xiàn)場，是數據庫服務器與生產控制系統(tǒng)連接的橋梁。如果沒有穩(wěn)定、高效、豐富的數采接口，實時數據庫只能是空中樓閣。

　　紫金橋軟件具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通訊，支持的通訊介質可以是以太網、串口、專用通訊卡等。

1.采集方式

　　1) 對于提供標準OPC方式的各電站系統(tǒng)，可采用紫金橋OPC接口軟件進行采集。紫金橋OPC接口軟件是紫金橋實時數據庫系統(tǒng)數據采集標準軟件，目前在大部分的工程項目中均采用該方式，接口軟件成熟，運行穩(wěn)定、可靠，是實施大型系統(tǒng)項目的首選。

　　2) 對于不提供標準OPC方式的系統(tǒng)，可直接選用其它標準接口，如MODBUS，或自主開發(fā)的接口軟件，如主流PLC控制系統(tǒng)、常用智能儀表、智能電表系統(tǒng)接口等。

　　下屬光伏電站企業(yè)數據采集到各自的接口機后將數據直接上傳至集團總部。

2.采集頻率

　　數據采集頻率根據采集數據的不同種類，可以通過參數進行設置。

3.數據格式

　　所采集到的數據按照設計好的數據分類規(guī)則進行分類存貯;對采集到的數據要標定數據的采集時間、參數類別代碼等;對不同的參數可以根據集團公司規(guī)定的規(guī)則執(zhí)行編碼。

4.數據緩存

　　數據接口機可以緩存全部采集到的數據。支持多級數據恢復。

5.數據維護

　　數據接口機具有自動和人工進行數據備份、數據恢復、數據清理的能力。對數據的維護設定特定權限，防止誤操作，保證安全性。

2.3 數據存儲

　　系統(tǒng)對于數據的存儲采用紫金橋實時數據庫系統(tǒng)，數據庫系統(tǒng)采用了高效的二次壓縮技術和過濾技術，使進入到紫金橋實時數據庫的數據經過高效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間。例如，每秒1萬點數據存儲一年，占用不到20G的磁盤空間，即一只普通硬盤也可存貯五到十年的數據。

2.4 數據展示

　　數據展示層是實時數據庫的重要組成部分。它通過各種可視化的構件方便的搭建復雜的圖形數據畫面。所有電站系統(tǒng)上的監(jiān)控數據畫面都可以通過人機界面進行組態(tài)，并能運行顯示。同時還可以通過人機界面觀察實時趨勢、歷史趨勢、過程報警、過程數據匯總、實時歷史報表等。

3 系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)功能設計可分為基本應用功能和擴展應用功能，基本應用包括實時信息監(jiān)視和統(tǒng)計分析報表;擴展應用功能包括報警管理、手工錄入、對標管理。


3.1 實時信息監(jiān)視

　　實時信息監(jiān)視功能以采集電站生產過程實時原始數據為基礎，實現(xiàn)對各電站控制系統(tǒng)實時運行工況的在線監(jiān)測。通過系統(tǒng)組態(tài)圖、趨勢曲線、棒圖、表格等形式實時顯示電站各控制子系統(tǒng)、設備的運行狀態(tài)參數，為生產管理人員提供直觀的實時生產過程信息，同時還具有實時數據越限報警功能。

　　能實時顯示電站的當前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計總發(fā)電量、累計CO2總減排量以及每天發(fā)電功率曲線圖?？刹榭疵颗_逆變器的運行參數，主要包括：直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、逆變器機內溫度、時鐘、頻率、當前發(fā)電功率、日發(fā)電量、累計發(fā)電量、累計 CO2 減排量、每天發(fā)電功率曲線圖等。

　　所有逆變器等重要設備的運行狀態(tài)，采用多種報警方式提示設備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時間，監(jiān)控的故障信息至少包括以下內容：電網電壓過高、電網電壓過低、電網頻率過高、電網頻率過低、直流電壓過高、逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路、散熱器過熱、逆變器孤島、DSP故障、通訊失敗等。

3.2 統(tǒng)計分析報表

　　系統(tǒng)的統(tǒng)計報表及綜合分析功能主要實現(xiàn)對各類生產數據的綜合處理和統(tǒng)計分析，自動生成電站企業(yè)生產過程管理所需的各類生產信息報表，如：值報表、日報表、周報表、月報表、季報表、年報表等，并可按日、月、年等方式進行查詢和打印。用戶可根據自身需要定制報表，并可定期對報表進行歸檔處理。系統(tǒng)報表具有打印輸出、顯示畫面硬拷貝功能，并支持在線組態(tài)更改操作。

3.3 報警管理

　　報警管理功能是在故障發(fā)生第一時刻將詳實的故障信息及時告知相關維修人員，以縮短故障維修時間，增加設備的在線運行時間，同時將告警信息進行長期保存，以便日后查詢、分析。

　　報警瀏覽器可以匯總報警服務器的信息，并以分層次的樹形結構向任意多個現(xiàn)場客戶或場外客戶顯示這些數據。

　　能夠方便定義報警限、及時準確地顯示實時和歷史報警，具有報警過濾功能，如按標簽名、按報警類型等。報警模塊可對實時數據庫系統(tǒng)中任何一個工位號進行報警條件設置，如：高限報警、低限報警、偏差報警或ROC(數值大小變化率)報警。這些報警可送到紫金橋實時數據庫系統(tǒng)中的事件檔案中，用戶可以篩選和查看報警條件。

　　用戶接受的報警是那些已設置報警條件的工位號，在超過了最大值、最小值、ROC值或數據源沒有發(fā)送資料時就會報警。這些報警消息有助于用戶解決引起報警的原因。系統(tǒng)能夠在服務器端敏感地探覺報警條件并通過觸發(fā)一個動作來響應，如啟動一個應用或給用戶發(fā)送一個E-Mail(電子郵件)和短信報警。同時會有報警的歷史被記錄下來。

　　報警的歷史信息會在歷史數據庫中記錄下來便于后期查看查詢。

3.4 數據手工錄入

　　該功能主要實現(xiàn)對無法實時采集的數據進行手工導入，包括生產數據、設備狀態(tài)數據等，以及需要人為設置的數據如運行基準值、報警值。

3.5 對標管理

　　通過綜合分析對比各光伏電站的運行數據，客觀評比各電站的運行水平，對各下屬電站進行公正的績效考評，開展各電站生產業(yè)務技能競賽，不斷促進各電站單位的運行管理水平。

　　總結：通過監(jiān)控中心系統(tǒng)對現(xiàn)場光伏電站實時數據的采集，實現(xiàn)光伏電站氣象信息、發(fā)電量、發(fā)電功率、逆變器信息、匯流箱信息等數據順利接入，集團遠程監(jiān)控中心實現(xiàn)對異地光伏電站的實時監(jiān)控。

經濟效益

　　通過配置數據采集系統(tǒng)和遠程通訊系統(tǒng)，光伏電站納入集中、實時監(jiān)控，對光伏電站進行全過程數字化監(jiān)管，實現(xiàn)“看得見、查得到、管得住”。監(jiān)控中心將積累長達多年各種類型光伏電站的運行經驗，解決光伏發(fā)電等分布式電源接入系統(tǒng)問題，總結光伏發(fā)電建設、檢測、接入、運行等各環(huán)節(jié)的技術標準和規(guī)范，為我國光伏電站建設開發(fā)、產業(yè)引導提供數據支撐。