大型光伏電站數(shù)據(jù)中心通用平臺(tái)設(shè)計(jì)

江蘇金智科技股份有限公司 周 民

大型光伏電站數(shù)據(jù)中心的通用平臺(tái)，是數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)部分，包括后端數(shù)據(jù)采集服務(wù)和前端應(yīng)用展示，涉及運(yùn)行監(jiān)視、發(fā)電水平分析、故障診斷、設(shè)備運(yùn)行管理、功率預(yù)測(cè)管理等功能。光伏電站數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，能夠?yàn)楣夥髽I(yè)集約化管理提供有力支撐。

1.概述

大型光伏電站大多建設(shè)在偏僻地區(qū)，運(yùn)行環(huán)境惡劣，具有接入的設(shè)備種類繁多、需要監(jiān)控的參數(shù)多等特點(diǎn)。近年來，隨著無人值守、少人值班運(yùn)行模式的不斷推進(jìn)，電站大部分的設(shè)備控制功能均通過自動(dòng)化系統(tǒng)執(zhí)行。

考慮光伏電站分散、分布的特點(diǎn)，有必要建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，實(shí)時(shí)采集不同區(qū)域的光伏電站發(fā)電數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等信息，進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、分析和比對(duì)，提高光伏電站發(fā)電效率，制定更精細(xì)的光伏發(fā)電策略，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.數(shù)據(jù)中心整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

光伏電站數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的通用平臺(tái)，主要包括后端數(shù)據(jù)采集服務(wù)和前端應(yīng)用展示。數(shù)據(jù)采集服務(wù)，由多路采集服務(wù)器組成，均衡采集鏈路，匯總至數(shù)據(jù)服務(wù)器；前端應(yīng)用展示包括數(shù)據(jù)庫建模和應(yīng)用界面開發(fā)，根據(jù)應(yīng)用類型部署應(yīng)用分析工作站，可以部署單臺(tái)，也可部署多臺(tái)。如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集：基于CentOS操作系統(tǒng)，采用Linux C++開發(fā)，實(shí)現(xiàn)中心與各光伏電站之間的數(shù)據(jù)交互，通訊方式為TCP/IP，采用IEC104規(guī)約。采集服務(wù)可以運(yùn)行在多臺(tái)主機(jī)之上，均衡大數(shù)據(jù)、多鏈路的采集壓力。

（2）數(shù)據(jù)庫建模：采用MySQL數(shù)據(jù)庫，將所有電站基礎(chǔ)信息、設(shè)備信息等建立參數(shù)表及實(shí)時(shí)表，創(chuàng)建完整的模型數(shù)據(jù)庫。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)信息的分析、加載，提取所需有效價(jià)值數(shù)據(jù)。

（3）應(yīng)用界面開發(fā)：界面系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，采用MVC3.0框架，此框架具有邏輯部分與前端展示分離的特性，后期的擴(kuò)展及維護(hù)性更好。

圖1 數(shù)據(jù)中心整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.數(shù)據(jù)中心應(yīng)用模塊

3.1 運(yùn)行監(jiān)視

電站運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，在中心實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)光伏電站系統(tǒng)的運(yùn)行，監(jiān)控的數(shù)據(jù)源包括各光伏電站的逆變器、箱變、匯流箱、功率預(yù)測(cè)、功率控制、電度量等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)類型包括輸入開關(guān)、模塊運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行告警等遙信，U、I、P、Q、溫度等遙測(cè)。監(jiān)控模塊對(duì)匯流箱、直流配電柜等設(shè)備，也可采集監(jiān)視，如各支路電流、電壓和功率。

支持與多個(gè)廠家多種型號(hào)的采集設(shè)備通訊，具有強(qiáng)兼容性以方便項(xiàng)目硬件設(shè)備選型和后續(xù)升級(jí)改造。

人機(jī)交互畫面，包括各類監(jiān)控圖形，包括場(chǎng)站圖、系統(tǒng)單線圖、潮流圖、地理圖、配置工況圖、目錄畫面等。

3.2 發(fā)電水平分析

發(fā)電量是反映光伏電站在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)生產(chǎn)情況的有效指標(biāo),估算發(fā)電量有助于對(duì)電站的發(fā)電狀態(tài)評(píng)估，損失評(píng)價(jià)以及原件性能評(píng)價(jià)等。對(duì)于投資上來說，直接影響到其對(duì)電站的投資收益，影響到相應(yīng)的融資計(jì)劃，電站交易決策和投資決策。

本系統(tǒng)模塊可實(shí)現(xiàn)電站輸入能量、產(chǎn)出能量對(duì)比及綜合效率計(jì)算；可實(shí)現(xiàn)電量層次查詢與匯總、占比、環(huán)比計(jì)算。主要包括理論發(fā)電量、上網(wǎng)電量、逆變器輸入電量、逆變器輸出電量、等效利用小時(shí)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等價(jià)發(fā)電小時(shí)數(shù)等。

3.3 設(shè)備故障診斷

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供專家知識(shí)庫系統(tǒng)，將光伏組件、升壓站設(shè)備、故障現(xiàn)象、故障解決方法等信息關(guān)聯(lián)，幫助用戶快速定位和處理故障。

通過對(duì)故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可以產(chǎn)生各種報(bào)表，如故障統(tǒng)計(jì)、故障分析、部件消耗統(tǒng)計(jì)等，這些報(bào)表可以按不同的光伏站、光伏組件等進(jìn)行環(huán)比。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，工作人員根據(jù)故障名、故障部件、故障現(xiàn)象等條件在系統(tǒng)中進(jìn)行專家咨詢，故障專家系統(tǒng)可以根據(jù)故障經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，幫助工作人員快速準(zhǔn)確的判斷故障發(fā)生的原因和定位發(fā)生故障的部位，并參考其他工作人員的處理方式以快速消除故障，提高工作效率和降低維護(hù)成本。

3.4 設(shè)備運(yùn)行管理

光伏電站設(shè)備眾多，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，電站操作人員要詳細(xì)記錄故障現(xiàn)象，并協(xié)同維修人員進(jìn)行維修工作，缺陷登記應(yīng)體現(xiàn)缺陷地點(diǎn)、內(nèi)容、發(fā)現(xiàn)時(shí)間、發(fā)現(xiàn)人、消缺人、消缺時(shí)間、驗(yàn)收人等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)中心的設(shè)備運(yùn)行管理模塊，實(shí)現(xiàn)光伏電站，各種設(shè)備對(duì)象的退役工作流程、保護(hù)和安全自動(dòng)裝置定值單及其動(dòng)作記錄、電網(wǎng)二次系統(tǒng)運(yùn)行缺陷、應(yīng)急預(yù)案等管理，并實(shí)現(xiàn)管理流程的縱向貫通。

3.5 功率預(yù)測(cè)管理

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)接收光伏電站現(xiàn)有的功率預(yù)測(cè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如氣象信息(輻射、環(huán)境溫度、組件溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力、相對(duì)濕度)、電站運(yùn)行工況(電站的實(shí)際開機(jī)容量和計(jì)劃開機(jī)容量)和發(fā)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)等，在人機(jī)界面上統(tǒng)一集成展示，并提供查詢。

主要功能包括數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、歷史氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史電氣量數(shù)據(jù)、歷史功率數(shù)據(jù)、短期與超短期功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線展示，能夠在短期和超短期功率預(yù)測(cè)曲線上顯示預(yù)測(cè)精度。

4.結(jié)束語

大型光伏電站數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，提供運(yùn)行監(jiān)視、發(fā)電水平分析、故障診斷、設(shè)備運(yùn)行管理、功率預(yù)測(cè)管理等功能應(yīng)用，為光伏企業(yè)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化監(jiān)控、集約化管理、集中式預(yù)測(cè)方面提供有力支撐。

（1）降低發(fā)電企業(yè)投資成本

大幅降低光伏電站監(jiān)控設(shè)備的投資建設(shè)成本，減少大量冗余服務(wù)器、工作站、路由器等設(shè)備的采購成本，將更多資金用于提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理水平。

（2）降低發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本

數(shù)據(jù)中心將光伏電站就地型監(jiān)控，改為遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，減少人力成本。

（3）提升行業(yè)制造水平

數(shù)據(jù)中心采集每個(gè)發(fā)電環(huán)節(jié)的電流、電壓、功率等值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累、分析和挖掘。依靠平臺(tái)積累的數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)找出差異，提高整個(gè)光伏行業(yè)的制造水平。