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1．2．5 實(shí)際案例

某新能源有限公司20MW光伏發(fā)電集中成片示范項(xiàng)目按照數(shù)字化光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)硬件單元來配置硬件產(chǎn)品， 分為環(huán)境氣象站、數(shù)據(jù)存儲顯示及上傳系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)、軟件管理系統(tǒng)四個(gè)部分�？梢詫�(shí)現(xiàn)：光伏電站的數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)上傳等功能。

（1） 氣象站

硬件設(shè)備由輻照儀、風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、電池板溫度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、監(jiān)測控制盒、三角支架組成。環(huán)境設(shè)備固定安裝在德容子電站樓頂上，通過RS485屏蔽雙絞線接入到逆變器房，通過WL無線采集器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偛可衔粰C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)系統(tǒng)采集環(huán)境監(jiān)測站的太陽輻照度、環(huán)境溫濕度、電池板溫度、風(fēng)速、風(fēng)向環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)存儲顯示及上傳系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)處理及存儲系統(tǒng)中，以工控機(jī)為核心，旨在為電站項(xiàng)目構(gòu)建電站本地／遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)電站數(shù)據(jù)本地的存儲和處理以及滿足鑒衡數(shù)據(jù)驗(yàn)收要求。數(shù)據(jù)存儲及顯示系統(tǒng)可上傳逆變器設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和包括輻照度、日發(fā)電量、總發(fā)電量、CO2減排量，組件溫濕度，環(huán)境溫濕度在內(nèi)的實(shí)時(shí)信息。 為保證整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，在主站數(shù)據(jù)處理及存儲系統(tǒng)中，主要設(shè)備包括：

1．工控機(jī)及顯示器1套：用于值班人對監(jiān)控裝置的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲，建立設(shè)備狀態(tài)綜合數(shù)庫，并預(yù)留擴(kuò)展空間。配備19寸顯示器及鍵鼠，用于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、管理，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報(bào)表的制作、修改，以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、系統(tǒng)診斷；

2．網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)1臺：24口機(jī)架式網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸速率100Mbps，與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

3．智能通訊前端服務(wù)器1臺：光伏電站所有數(shù)據(jù)通過智能通訊前端服務(wù)器SmartLogg300將數(shù)據(jù)從本地上傳至鑒衡數(shù)據(jù)中心；

4．UPS不間斷電源：保護(hù)系統(tǒng)在突然斷電而影響正常工作，導(dǎo)致設(shè)備造成損害；

5．PC機(jī)操作站：用于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、管理，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報(bào)表的制作定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報(bào)表的制作、修改，以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、系統(tǒng)診斷等工作； 以上設(shè)備集成在1臺標(biāo)準(zhǔn)42U通訊柜中，機(jī)柜內(nèi)配置必要的數(shù)據(jù)通訊模塊，電源模塊，防雷保護(hù)模塊、斷路保護(hù)模塊等。

（3）數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)

電站現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測點(diǎn)分散廣、距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)主要以WLAN為通訊傳輸方式。通過與業(yè)主溝通，數(shù)據(jù)采集通訊系統(tǒng)擬采用有線＋無線結(jié)合的方式通訊

2．光伏功率預(yù)測系統(tǒng)

2．1 什么是光伏功率預(yù)測

太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電具有間歇性強(qiáng)、突變性大、可調(diào)度性弱等特點(diǎn)，大規(guī)模接入后對電網(wǎng)運(yùn)行會產(chǎn)生較為明顯的影響。該項(xiàng)技術(shù)是提高電網(wǎng)調(diào)峰能力、增強(qiáng)電網(wǎng)接納光電的能力、改善電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的最為有效、經(jīng)濟(jì)的手段之一。從發(fā)電企業(yè)角度考慮，精準(zhǔn)的光伏功率預(yù)測將使得光電可以積極地參與市場競爭，規(guī)避由供電的不可靠性而受到的經(jīng)濟(jì)懲罰。

打個(gè)比方，一個(gè)有1000人的小區(qū)樓下有一個(gè)儲蓄所。這個(gè)儲蓄所日常有50萬的現(xiàn)金就可以應(yīng)對1000人存取款。幾年后這個(gè)地方又蓋了好幾個(gè)小區(qū)。這時(shí)候50萬的現(xiàn)金儲備就肯定不夠用了。這時(shí)候就要對日常的存取款量進(jìn)行分析，上級銀行會根據(jù)數(shù)據(jù)分析是增加現(xiàn)金儲備，還是新增營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)。

2．2 光伏功率的重要作用

光伏發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性和波動性，由此給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了一系列問題，電網(wǎng)調(diào)度部門傳統(tǒng)的做法只能采取拉閘限電這樣的辦法。隨著光伏發(fā)電站電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)比重的增加，光伏功率預(yù)測系統(tǒng)變得尤為重要，光伏功率預(yù)測越準(zhǔn)，光伏并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來的影響就越小，就能夠有效的幫助電網(wǎng)調(diào)度部門做好各類電源的調(diào)度計(jì)劃。光伏功率預(yù)測越準(zhǔn)，電網(wǎng)就會減少光伏限電，由此大大提高了電網(wǎng)消納陽光的能力，進(jìn)而減少了由于限電給光伏業(yè)主帶來的經(jīng)濟(jì)損失，增加了光伏電站投資回報(bào)率。

國際上最早進(jìn)行光伏預(yù)測研究的是美國科學(xué)家Jensenius，他在1981年提出了利用模式輸出統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行光伏預(yù)測的方法。

1．短期預(yù)測電站次日0時(shí)至未來72小時(shí)的功率預(yù)測，時(shí)間分辨率為15分鐘一個(gè)點(diǎn)，按調(diào)度要求進(jìn)行自動上傳。

2．超短期預(yù)測電站未來15分鐘至4小時(shí)的功率預(yù)測，時(shí)間分辨率為15分鐘一個(gè)點(diǎn)，每15分鐘滾動上傳至調(diào)度。

光功率預(yù)測是監(jiān)控的一種，由于專業(yè)性極強(qiáng)，且只針對電網(wǎng)。除了技術(shù)人員很少了解這種設(shè)備的存在。我們可以認(rèn)為這種系統(tǒng)是不友好的。其實(shí)光伏系統(tǒng)里還有很多“不友好的系統(tǒng)”。

3 “不讓我們看的”監(jiān)控系統(tǒng)

3．1 電力系統(tǒng)安全性的重要

現(xiàn)在電力安全已經(jīng)成為一個(gè)世界性問題，經(jīng)濟(jì)越發(fā)展，由電力系統(tǒng)造成的影響就越大，由電網(wǎng)造成的經(jīng)濟(jì)及政治的事件在國內(nèi)外也屢見不鮮。說到電力安全生產(chǎn)，人們往往想到的是不發(fā)生人身傷亡事故，不發(fā)生主要設(shè)備損壞事故，不發(fā)生火災(zāi)，不發(fā)生系統(tǒng)大面積停電事故。大電力系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性，可以合理開發(fā)與利用能源，節(jié)省投資與運(yùn)行費(fèi)用，增加對用戶的供電安全性等。各個(gè)地區(qū)可以互相交換電力，如我國從華中電網(wǎng)向華東上海和廣東供電． 但是大電網(wǎng)也帶來潛在威脅如局部電網(wǎng)某些個(gè)別問題，特別是個(gè)別地

區(qū)，設(shè)備發(fā)生事故，影響將波及鄰近的廣大地區(qū)，引起連鎖反應(yīng)，發(fā)生大面積停電事故。僅2003 年，美國、加拿大、英國等國相繼出現(xiàn)大面積停電事故，其中8月14日美國及加拿大出現(xiàn)的大面積停電事故波及24000多平方公里、受影響的人達(dá)500 萬，僅美國紐約地區(qū)就停電29小時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)120美元。

光伏發(fā)電要并入國家電網(wǎng)，就必須受到國家電網(wǎng)的控制和調(diào)度。一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，從變壓器開始到并網(wǎng)點(diǎn)之間的所有設(shè)備，斷路器、負(fù)荷開關(guān)、測量設(shè)備都需要被電網(wǎng)監(jiān)控，而且是電網(wǎng)的專網(wǎng)監(jiān)控。設(shè)備被監(jiān)控是因?yàn)�，是因�(yàn)橐�調(diào)度。電網(wǎng)專網(wǎng)監(jiān)控，是為了電網(wǎng)安全。

3．2電力系統(tǒng)“遠(yuǎn)動”和“四遙”

由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)，能源中心和負(fù)荷中心一般相距甚遠(yuǎn)，電力系統(tǒng)分布在很廣的地域，其中發(fā)電廠、變電所、電力調(diào)度中心和用戶之間的距離近則幾十公里，遠(yuǎn)則幾百公里甚至數(shù)千公里。要管理和監(jiān)控分布甚廣的眾多廠、所、站和設(shè)備、元器件的運(yùn)行工況，已不能用通常的機(jī)械聯(lián)系或電聯(lián)系來傳遞控制信息或反饋的數(shù)據(jù)，必須借助于一種技術(shù)手段，這就是遠(yuǎn)動技術(shù)。

它將各個(gè)廠、所、站的運(yùn)行工況（包括開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等）轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘栃问�，加上保護(hù)措施以防止傳輸過程中的外界干擾，經(jīng)過調(diào)制后，由專門的信息通道傳送到調(diào)度所。在調(diào)度所的中心站經(jīng)過反調(diào)制，還原為原來對應(yīng)于廠、所、站工況的一些信號再顯示出來，供給調(diào)度人員監(jiān)控之用。調(diào)度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠(yuǎn)方廠、所、站，驅(qū)動被控對象。這一過程實(shí)際上涉及遙測、遙信、遙調(diào)、遙控，所以，遠(yuǎn)動技術(shù)是四遙的結(jié)合。

3．2．1 遙測

遙測信息是RTU采集到的電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)參數(shù)，如發(fā)電機(jī)出力，母線電壓，系統(tǒng)中的潮流，有功負(fù)荷和無功負(fù)荷，線路電流，電度量等測量信息。

目前我們能見到監(jiān)控系統(tǒng)，用于電站運(yùn)維的監(jiān)控系統(tǒng)。都屬于“遙測”這個(gè)范疇。主要的功能就是“能看見”看見電流、電壓的數(shù)據(jù)。如果用高靈敏度的測量儀器，就能做到“看的清”。但是我們在“遙測”這次個(gè)層面上只能做到“看”，而不能“動”。

3．2．2 遙信

遙信功能通常用于測量下列信號，開關(guān)的位置信號、變壓器內(nèi)部故障綜合信號、保護(hù)裝置的動作信號、通信設(shè)備運(yùn)行狀況信號、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號。

說的簡單些，匯流箱里面有16個(gè)熔絲、一個(gè)斷路器、一個(gè)防雷器。

如果這18個(gè)設(shè)備都正常，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里就顯示18個(gè)“0”如果有幾個(gè)不工作了，就顯示相應(yīng)的幾個(gè)“1”。

不過，目前從成本和必要性來說。匯流箱、直流柜、逆變器都不會被“遙信”。

3．2．3 遙控

遠(yuǎn)程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘，對遠(yuǎn)程的一些開關(guān)控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

調(diào)度中心對遠(yuǎn)端的光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行分合閘的操作，這個(gè)操作是電力系統(tǒng)做的，業(yè)主做不了，也不能讓業(yè)主操作。

3．2．4 遙調(diào)

接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，對遠(yuǎn)程的控制量設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試，如調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率。光伏電站沒有機(jī)械部件，能夠被遙調(diào)的設(shè)備不多。但是在電力系統(tǒng)中的作用非常重要。

作者：張喆