浅析运用实时数据库实现光伏电站远程监控

电力18讯：    
1 需求分析

　　如果太阳能系统无法正常运转的话，光伏电站所有者可能会损失一大部分收益。由于光伏系统由多个零件暴露在户外、电网故障、部件老化、损坏和维护不当，因此，系统性能也许还会受到影响。在避免对系统所有者的收入造成损失方面，对问题进行及时应对是极为重要的。

　　根据需求分析，本次项目以各光伏电站系统数据源为基础，以安全经济运行和提高企业整体效益为目的，可以选用国内先进、性能稳定、功能强大、安全可靠、操作方便、用途广泛的紫金桥实时数据库系统作为基础数据平台，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个公司范围内的信息共享，电站生产过程的实时信息监控和调度，为公司管理层提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。从管理角度来看，它为控制企业成本、为提高生产力提供重要而真实的运行数据;同时，通过数据的分析和比较，能提出科学的、合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。

2 整体方案设计

　　该系统为一套完整缜密的实时监控系统。通过故障识别并通知维护团队和电站所有者，该系统能够对光伏系统中出现的各种故障进行及时响应。可用于商用及公共事业规模光伏电站。

　　解决方案简介：为确保能够对问题进行及时应对，为光伏发电集团集团开发一套光伏电站远程监控中心系统，这是一套充分进行网络应用，并可灵活扩展的可提供24/7实时监控的系统。该系统能够让光伏系统所有者对系统的产能量进行每日、月度及年度追踪、获取最新的总产量信息、光伏系统目前销量、过去及未来收入和其他关于太阳能电站的详细信息等。电站所有者可查看天气预报、二氧化碳减排信息和其他生态信息等。

2.1 系统整体架构

系统整体架构图

　　系统整体采用集中式数据采集架构，整体分为两个部分，分别是下属各光伏电站和集团总部。

(1)下属光伏电站企业

　　架构底层为下属电站企业层，包括多家公司。在各个分公司分别放置一台接口机，接口机可根据集团需要监视的指标和采集频率从各电站系统中采集逆变器、汇流箱、直流屏等系统数据。接口机上运行采集电站系统的接口软件。在接口机与电站系统之间加装防火墙，保障生产系统的安全性。

典型光伏发电站拓扑图如下：

(2)公司总部

　　架构上层为公司总部层。该层用千兆交换机进行组网，连接的设备有紫金桥实时数据库服务器、应用服务器、数据发布服务器、数据采集接口机。

　　系统采用集中式数据采集方式，在公司本部部署一台数据采集接口机，通过运行接口软件将下属各电站企业接口机的实时数据采集到公司总部紫金桥实时数据库服务器中。采用集中式数据采集可以保证数据的安全性和保密性，减少系统的故障点，使系统易于管理和维护;可以节约成本;

　　紫金桥实时数据库服务器用于接收、处理、存储来自各电站企业逆变器、变流箱、直流柜、电表等系统的实时数据;

　　应用服务器提供系统需要的管理信息统计，指标计算等业务应用;

　　数据发布服务器用于数据的发布，管理员可以通过IE访问数据发布服务器，可以配置、管理和发布网页，普通用户经授权后在任何位置都可以通过IE浏览器来访问网页，查看网页发布信息。

2.2 数据采集

　　数据采集是实时数据库的重要组成部分，它负责将现场数据实时传送给数据库，将操作数据下送到现场，是数据库服务器与生产控制系统连接的桥梁。如果没有稳定、高效、丰富的数采接口，实时数据库只能是空中楼阁。

　　紫金桥软件具有丰富的I/O接口，能够与各种DCS，PLC，智能仪表通讯，支持的通讯介质可以是以太网、串口、专用通讯卡等。

1.采集方式

　　1) 对于提供标准OPC方式的各电站系统，可采用紫金桥OPC接口软件进行采集。紫金桥OPC接口软件是紫金桥实时数据库系统数据采集标准软件，目前在大部分的工程项目中均采用该方式，接口软件成熟，运行稳定、可靠，是实施大型系统项目的首选。

　　2) 对于不提供标准OPC方式的系统，可直接选用其它标准接口，如MODBUS，或自主开发的接口软件，如主流PLC控制系统、常用智能仪表、智能电表系统接口等。

　　下属光伏电站企业数据采集到各自的接口机后将数据直接上传至集团总部。

2.采集频率

　　数据采集频率根据采集数据的不同种类，可以通过参数进行设置。

3.数据格式

　　所采集到的数据按照设计好的数据分类规则进行分类存贮;对采集到的数据要标定数据的采集时间、参数类别代码等;对不同的参数可以根据集团公司规定的规则执行编码。

4.数据缓存

　　数据接口机可以缓存全部采集到的数据。支持多级数据恢复。

5.数据维护

　　数据接口机具有自动和人工进行数据备份、数据恢复、数据清理的能力。对数据的维护设定特定权限，防止误操作，保证安全性。

2.3 数据存储

　　系统对于数据的存储采用紫金桥实时数据库系统，数据库系统采用了高效的二次压缩技术和过滤技术，使进入到紫金桥实时数据库的数据经过高效的压缩，极大地节省了硬盘空间。例如，每秒1万点数据存储一年，占用不到20G的磁盘空间，即一只普通硬盘也可存贮五到十年的数据。

2.4 数据展示

　　数据展示层是实时数据库的重要组成部分。它通过各种可视化的构件方便的搭建复杂的图形数据画面。所有电站系统上的监控数据画面都可以通过人机界面进行组态，并能运行显示。同时还可以通过人机界面观察实时趋势、历史趋势、过程报警、过程数据汇总、实时历史报表等。

3 系统功能

　　系统功能设计可分为基本应用功能和扩展应用功能，基本应用包括实时信息监视和统计分析报表;扩展应用功能包括报警管理、手工录入、对标管理。


3.1 实时信息监视

　　实时信息监视功能以采集电站生产过程实时原始数据为基础，实现对各电站控制系统实时运行工况的在线监测。通过系统组态图、趋势曲线、棒图、表格等形式实时显示电站各控制子系统、设备的运行状态参数，为生产管理人员提供直观的实时生产过程信息，同时还具有实时数据越限报警功能。

　　能实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：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、当前发电功率、日发电量、累计发电量、累计 CO2 减排量、每天发电功率曲线图等。

　　所有逆变器等重要设备的运行状态，采用多种报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路、散热器过热、逆变器孤岛、DSP故障、通讯失败等。

3.2 统计分析报表

　　系统的统计报表及综合分析功能主要实现对各类生产数据的综合处理和统计分析，自动生成电站企业生产过程管理所需的各类生产信息报表，如：值报表、日报表、周报表、月报表、季报表、年报表等，并可按日、月、年等方式进行查询和打印。用户可根据自身需要定制报表，并可定期对报表进行归档处理。系统报表具有打印输出、显示画面硬拷贝功能，并支持在线组态更改操作。

3.3 报警管理

　　报警管理功能是在故障发生第一时刻将详实的故障信息及时告知相关维修人员，以缩短故障维修时间，增加设备的在线运行时间，同时将告警信息进行长期保存，以便日后查询、分析。

　　报警浏览器可以汇总报警服务器的信息，并以分层次的树形结构向任意多个现场客户或场外客户显示这些数据。

　　能够方便定义报警限、及时准确地显示实时和历史报警，具有报警过滤功能，如按标签名、按报警类型等。报警模块可对实时数据库系统中任何一个工位号进行报警条件设置，如：高限报警、低限报警、偏差报警或ROC(数值大小变化率)报警。这些报警可送到紫金桥实时数据库系统中的事件档案中，用户可以筛选和查看报警条件。

　　用户接受的报警是那些已设置报警条件的工位号，在超过了最大值、最小值、ROC值或数据源没有发送资料时就会报警。这些报警消息有助于用户解决引起报警的原因。系统能够在服务器端敏感地探觉报警条件并通过触发一个动作来响应，如启动一个应用或给用户发送一个E-Mail(电子邮件)和短信报警。同时会有报警的历史被记录下来。

　　报警的历史信息会在历史数据库中记录下来便于后期查看查询。

3.4 数据手工录入

　　该功能主要实现对无法实时采集的数据进行手工导入，包括生产数据、设备状态数据等，以及需要人为设置的数据如运行基准值、报警值。

3.5 对标管理

　　通过综合分析对比各光伏电站的运行数据，客观评比各电站的运行水平，对各下属电站进行公正的绩效考评，开展各电站生产业务技能竞赛，不断促进各电站单位的运行管理水平。

　　总结：通过监控中心系统对现场光伏电站实时数据的采集，实现光伏电站气象信息、发电量、发电功率、逆变器信息、汇流箱信息等数据顺利接入，集团远程监控中心实现对异地光伏电站的实时监控。

经济效益

　　通过配置数据采集系统和远程通讯系统，光伏电站纳入集中、实时监控，对光伏电站进行全过程数字化监管，实现“看得见、查得到、管得住”。监控中心将积累长达多年各种类型光伏电站的运行经验，解决光伏发电等分布式电源接入系统问题，总结光伏发电建设、检测、接入、运行等各环节的技术标准和规范，为我国光伏电站建设开发、产业引导提供数据支撑。