08 光伏电站监控系统设计(廖文本)

第八章光伏电站监控系统设计

【学习目标】

1.熟悉光伏发电系统监控体系结构和监控系统功能；

2.熟悉光伏监控系统内容及本地监控软件功能和设计要素；

3.熟悉光伏监控系统主要部件及选配方法；

4.熟悉自动监控系统辅助设备内容及选配要素。

【本章简介】

对大型并网光伏发电系统而言，太阳电池组件较多，布置也很分散，因此需要设置必要的数据监控系统，对光伏发电系统的设备运行状况、实时气象数据进行监测与控制，确保光伏电站在有效而便捷的监控下稳定可靠地运行。

8.1光伏电站监控系统结构与布局

1. 光伏并网监控系统的结构设计

光伏并网监控系统主要由现场监控、本地下、上位机监控和远程监控三大部分组成。现场监控是通过 LCD显示屏和应急启停按键实现对设备的监控，每隔一段时间就读取各监控参数的值。下位机主要包括汇流箱、并网逆变器、环境采集仪等设备。本地上位机监控指本地监控计算机、Web服务器以及部署在上述服务器中的应用软件。远程监控指通过以太网与本地监控服务器相连，电力调度中心的操作人员可以随时随地通过互联网和IE浏览器实施远程监控。下图8-1为10MW并网光伏发电系统监视结构设计图。

光伏

阵列

汇流箱

逆变器LCD显示

通讯管理机

光端机

光伏

阵列

汇流箱

逆变器

通讯管理机光端机

.

.

.

工业交

换机

服务器

本地监

控

与调度

远程监控

与调度

环境监控

LCD显示

图8-1 10MW光伏系统监控结构

2.光伏并网监控系统的功能设计

光伏并网发电系统需要监测的状态量有：电网电压、电网频率、锁相、直流电压、直流电流、驱动电流、驱动电压、设备温度等。当这些状态量都正常时，表明系统是处于正常工作状态。光伏并网发电系统需要采集的数据有：光伏电池瞬时输出电流、并网各相电压、并网各相电流、系统的启停状态、电网频率、光伏并网系统当日发电量、光伏并网系统累计发电量、风向、风速、日照强度、环境温度，这些数据有的是采集来的原始量，有的是经过原始量计算得来的。

现场监控能够反映受监控设备的实时工作状态和设定的参数，同时可以对设备的启停进行控制，它不仅能实现监测，还可供维修人员操作界面控制现场设备。根据实际需要，现场监控具备以下功能：

(1) 数据显示

在现场及时显示电站的运行状况，实时显示光伏电池阵列的输出电压电流、并网电压电流、逆变电压电流、并网功率、总功率因数、电网频率、逆变效率、环境温度等。

(2) 故障监测

实时监测太阳能光伏并网发电站的运行状态，当电站有故障时，监控系统立即发出报警信号，及时通知电站管理人员进行处理。

(3) 数据管理

将太阳能光伏发电站的运行数据存储起来，当光伏电站发生故障时，可将存储的电站运行数据传送给远程监控中心，方便管理人员进行故障分析，做出相应的处理。此外还包括历史数据存储、数据导出等。

(4) 密码管理

操作人员在进行参数设置和起停控制等命令时需输入用户名和密码。

本地监控是在电站的监控室中，监控的功能除了数据显示、故障检测，还包括实时曲线绘制、数据管理、报警信息显示、报表功能等，为设备的状态和工作效率的分析提供有力的数据支持。

上位机监控是在电站的本地监控室中，在本地监控计算机上采用C/S模式,实现对各个设备的监控，功能划分如图2.12所示，包括实时显示并统计各直流侧电压电流、瞬时功率、每日发电量、总发电量、CO2减排量、故障记录、报警及断路器状态等参数和状态量；实时监测升压变压器和汇流箱的电压、电流及其运行状况；实时监测逆变器的所有运行参数和发

电参数，监测其故障信息；可对逆变器进行起停和参数设定等操作，并对各并网逆变器进行入网功率管理控制；可以绘制每天的太阳辐射强度曲线、风速变化曲线、光伏组件发电参数曲线、逆变器的电压-电流曲线、功率-时间曲线；具有参数设置、系统

分析、电量累计及打印各类参数曲线的功能；实时监测并显示现场环境的数据，通过环境采集仪可采集气象数据，如：环境温度、组件温度、光照强度、风速、雨量等有关数据。

3.光伏监控系统主要监控内容

(1)升压站的监控

光伏电站数字化监控系统建立在IEC 61850通信技术规范基础上，按分层、分布式来实现数字化发电厂内智能电气设备间的信息共享和互操作性。从整体上分为三层：站控层、间隔层、过程层。站控层与间隔层保护测控装置之间以及间隔层与过程层合并器设备之间采用IEC 61850通信协议，间隔层与过程层智能接口设备之间采用GOOSE通信协议。

站控层为整介并网光伏电站设备监视、测量、控制、管理的中心，通过用屏蔽双绞线、同轴电缆或光缆与升压站控制间隔层及各光伏并网逆变器相连。升压站控制间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元分布在各配电室或主控制室内。在站控层及网络失效的情况下，间隔层（包括逆变器）仍能独立完成间隔层的监测以及断路器的保护控制功能。

计算机监控系统(NCS)的主控站可有两个以上，即一个当地监控主站和一个以上远方调度站，实现就地和远方（电网调度）对光伏电站的监视控制，其控制操作需互相闭锁。

升压站110kV系统采用电子式互感器以及就地智能化开关设备，输出的数字式电流、电压信号直接通过光纤送入电气设备室的各间隔合并单元内，大大提高精度以及避免互相的干扰；

各智能化开关设备接入过程层网络，通过光纤传送断路器机械电气状态信息和分合命令，实现断路器智能控制策略。

110kV系统各开关柜上就地安装相应的智能保护测控装置，相关信息通过10kV配电室内的网络交换机接人监控系统。

直流系统、UPS系统、电度表屏、小电流接地选线装置、备用发电机ATS切换装置以及火灾报警系统等公用设备的信息通过通信管理机接人监控系统。

站控层设备包括后台监控主站、微机防误闭锁装量、打印机、GPS对时装置及网络设备等。间隔层设备由电气设备测控单元、电气微机保护装置通信单元、逆变器控制器、汇流箱组串电流监测器、网络通信单元、网络系统等构成。过程层设备主要由110kV系统以及主变