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1 需求分析
如果太陽能系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的話，光伏電站所有者可能會(huì)損失一大部分收益。由于光伏系統(tǒng)由多個(gè)零件暴露在戶外、電網(wǎng)故障、部件老化、損壞和維護(hù)不當(dāng)，因此，系統(tǒng)性能也許還會(huì)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(jìn)行及時(shí)應(yīng)對是極為重要的。
根據(jù)需求分析，本次項(xiàng)目以各光伏電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)，以安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高企業(yè)整體效益為目的，可以選用國內(nèi)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、安全可靠、操作方便、用途廣泛的紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，采用先進(jìn)、適用、有效的專業(yè)計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)整個(gè)公司范圍內(nèi)的信息共享，電站生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息監(jiān)控和調(diào)度，為公司管理層提供真實(shí)、可靠的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為市場運(yùn)作下的企業(yè)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。從管理角度來看，它為控制企業(yè)成本、為提高生產(chǎn)力提供重要而真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；同時(shí)，通過數(shù)據(jù)的分析和比較，能提出科學(xué)的、合理的決策方案，使企業(yè)管理層的經(jīng)營決策更具科學(xué)性。
 2 整體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)為一套完整縝密的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。通過故障識(shí)別并通知維護(hù)團(tuán)隊(duì)和電站所有者，該系統(tǒng)能夠?qū)夥到y(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。可用于商用及公共事業(yè)規(guī)模光伏電站。
解決方案簡介：為確保能夠?qū)栴}進(jìn)行及時(shí)應(yīng)對，為光伏發(fā)電集團(tuán)集團(tuán)開發(fā)一套光伏電站遠(yuǎn)程監(jiān)控中心系統(tǒng)，這是一套充分進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并可靈活擴(kuò)展的可提供24/7實(shí)時(shí)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(chǎn)能量進(jìn)行每日、月度及年度追蹤、獲取最新的總產(chǎn)量信息、光伏系統(tǒng)目前銷量、過去及未來收入和其他關(guān)于太陽能電站的詳細(xì)信息等。電站所有者可查看天氣預(yù)報(bào)、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(gòu)
系統(tǒng)整體架構(gòu)圖
系統(tǒng)整體采用集中式數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，整體分為兩個(gè)部分，分別是下屬各光伏電站和集團(tuán)總部。
（1）下屬光伏電站企業(yè)
架構(gòu)底層為下屬電站企業(yè)層，包括多家公司。在各個(gè)分公司分別放置一臺(tái)接口機(jī)，接口機(jī)可根據(jù)集團(tuán)需要監(jiān)視的指標(biāo)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(shù)據(jù)。接口機(jī)上運(yùn)行采集電站系統(tǒng)的接口軟件。在接口機(jī)與電站系統(tǒng)之間加裝防火墻，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。
典型光伏發(fā)電站拓?fù)鋱D如下：
（2）公司總部
架構(gòu)上層為公司總部層。該層用千兆交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，連接的設(shè)備有紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集接口機(jī)。
系統(tǒng)采用集中式數(shù)據(jù)采集方式，在公司本部部署一臺(tái)數(shù)據(jù)采集接口機(jī)，通過運(yùn)行接口軟件將下屬各電站企業(yè)接口機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集到公司總部紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。采用集中式數(shù)據(jù)采集可以保證數(shù)據(jù)的安全性和保密性，減少系統(tǒng)的故障點(diǎn)，使系統(tǒng)易于管理和維護(hù)；可以節(jié)約成本；
紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于接收、處理、存儲(chǔ)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
應(yīng)用服務(wù)器提供系統(tǒng)需要的管理信息統(tǒng)計(jì)，指標(biāo)計(jì)算等業(yè)務(wù)應(yīng)用；
數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器用于數(shù)據(jù)的發(fā)布，管理員可以通過IE訪問數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器，可以配置、管理和發(fā)布網(wǎng)頁，普通用戶經(jīng)授權(quán)后在任何位置都可以通過IE瀏覽器來訪問網(wǎng)頁，查看網(wǎng)頁發(fā)布信息。
2.2 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)庫，將操作數(shù)據(jù)下送到現(xiàn)場，是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與生產(chǎn)控制系統(tǒng)連接的橋梁。如果沒有穩(wěn)定、高效、豐富的數(shù)采接口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(zhì)可以是以太網(wǎng)、串口、專用通訊卡等。
1.采集方式
1) 對于提供標(biāo)準(zhǔn)OPC方式的各電站系統(tǒng)，可采用紫金橋OPC接口軟件進(jìn)行采集。紫金橋OPC接口軟件是紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)軟件，目前在大部分的工程項(xiàng)目中均采用該方式，接口軟件成熟，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，是實(shí)施大型系統(tǒng)項(xiàng)目的首選。
2) 對于不提供標(biāo)準(zhǔn)OPC方式的系統(tǒng)，可直接選用其它標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)采集到各自的接口機(jī)后將數(shù)據(jù)直接上傳至集團(tuán)總部。
2.采集頻率
數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)采集數(shù)據(jù)的不同種類，可以通過參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
3.數(shù)據(jù)格式
所采集到的數(shù)據(jù)按照設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)分類規(guī)則進(jìn)行分類存貯；對采集到的數(shù)據(jù)要標(biāo)定數(shù)據(jù)的采集時(shí)間、參數(shù)類別代碼等；對不同的參數(shù)可以根據(jù)集團(tuán)公司規(guī)定的規(guī)則執(zhí)行編碼。
4.數(shù)據(jù)緩存
數(shù)據(jù)接口機(jī)可以緩存全部采集到的數(shù)據(jù)。支持多級(jí)數(shù)據(jù)恢復(fù)。
5.數(shù)據(jù)維護(hù)
數(shù)據(jù)接口機(jī)具有自動(dòng)和人工進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)清理的能力。對數(shù)據(jù)的維護(hù)設(shè)定特定權(quán)限，防止誤操作，保證安全性。
2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了高效的二次壓縮技術(shù)和過濾技術(shù)，使進(jìn)入到紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)過高效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間。例如，每秒1萬點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shù)據(jù)。
2.4 數(shù)據(jù)展示
數(shù)據(jù)展示層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分。它通過各種可視化的構(gòu)件方便的搭建復(fù)雜的圖形數(shù)據(jù)畫面。所有電站系統(tǒng)上的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)畫面都可以通過人機(jī)界面進(jìn)行組態(tài)，并能運(yùn)行顯示。同時(shí)還可以通過人機(jī)界面觀察實(shí)時(shí)趨勢、歷史趨勢、過程報(bào)警、過程數(shù)據(jù)匯總、實(shí)時(shí)歷史報(bào)表等。
3 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)可分為基本應(yīng)用功能和擴(kuò)展應(yīng)用功能，基本應(yīng)用包括實(shí)時(shí)信息監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表；擴(kuò)展應(yīng)用功能包括報(bào)警管理、手工錄入、對標(biāo)管理。
3.1 實(shí)時(shí)信息監(jiān)視
實(shí)時(shí)信息監(jiān)視功能以采集電站生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對各電站控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)時(shí)顯示電站各控制子系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，為生產(chǎn)管理人員提供直觀的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程信息，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)越限報(bào)警功能。
能實(shí)時(shí)顯示電站的當(dāng)前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計(jì)總發(fā)電量、累計(jì)CO2總減排量以及每天發(fā)電功率曲線圖。可查看每臺(tái)逆變器的運(yùn)行參數(shù)，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(jī)內(nèi)溫度、時(shí)鐘、頻率、當(dāng)前發(fā)電功率、日發(fā)電量、累計(jì)發(fā)電量、累計(jì) CO2 減排量、每天發(fā)電功率曲線圖等。
所有逆變器等重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采用多種報(bào)警方式提示設(shè)備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時(shí)間，監(jiān)控的故障信息至少包括以下內(nèi)容：電網(wǎng)電壓過高、電網(wǎng)電壓過低、電網(wǎng)頻率過高、電網(wǎng)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(jì)分析報(bào)表
系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表及綜合分析功能主要實(shí)現(xiàn)對各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合處理和統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成電站企業(yè)生產(chǎn)過程管理所需的各類生產(chǎn)信息報(bào)表，如：值報(bào)表、日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表、年報(bào)表等，并可按日、月、年等方式進(jìn)行查詢和打印。用戶可根據(jù)自身需要定制報(bào)表，并可定期對報(bào)表進(jìn)行歸檔處理。系統(tǒng)報(bào)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(bào)警管理
報(bào)警管理功能是在故障發(fā)生第一時(shí)刻將詳實(shí)的故障信息及時(shí)告知相關(guān)維修人員，以縮短故障維修時(shí)間，增加設(shè)備的在線運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)將告警信息進(jìn)行長期保存，以便日后查詢、分析。
報(bào)警瀏覽器可以匯總報(bào)警服務(wù)器的信息，并以分層次的樹形結(jié)構(gòu)向任意多個(gè)現(xiàn)場客戶或場外客戶顯示這些數(shù)據(jù)。
能夠方便定義報(bào)警限、及時(shí)準(zhǔn)確地顯示實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警，具有報(bào)警過濾功能，如按標(biāo)簽名、按報(bào)警類型等。報(bào)警模塊可對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中任何一個(gè)工位號(hào)進(jìn)行報(bào)警條件設(shè)置，如：高限報(bào)警、低限報(bào)警、偏差報(bào)警或ROC（數(shù)值大小變化率）報(bào)警。這些報(bào)警可送到紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事件檔案中，用戶可以篩選和查看報(bào)警條件。
用戶接受的報(bào)警是那些已設(shè)置報(bào)警條件的工位號(hào)，在超過了最大值、最小值、ROC值或數(shù)據(jù)源沒有發(fā)送資料時(shí)就會(huì)報(bào)警。這些報(bào)警消息有助于用戶解決引起報(bào)警的原因。系統(tǒng)能夠在服務(wù)器端敏感地探覺報(bào)警條件并通過觸發(fā)一個(gè)動(dòng)作來響應(yīng)，如啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用或給用戶發(fā)送一個(gè)E-Mail（電子郵件）和短信報(bào)警。同時(shí)會(huì)有報(bào)警的歷史被記錄下來。
報(bào)警的歷史信息會(huì)在歷史數(shù)據(jù)庫中記錄下來便于后期查看查詢。
3.4 數(shù)據(jù)手工錄入
該功能主要實(shí)現(xiàn)對無法實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行手工導(dǎo)入，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等，以及需要人為設(shè)置的數(shù)據(jù)如運(yùn)行基準(zhǔn)值、報(bào)警值。
3.5 對標(biāo)管理
通過綜合分析對比各光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，客觀評(píng)比各電站的運(yùn)行水平，對各下屬電站進(jìn)行公正的績效考評(píng)，開展各電站生產(chǎn)業(yè)務(wù)技能競賽，不斷促進(jìn)各電站單位的運(yùn)行管理水平。
總結(jié)：通過監(jiān)控中心系統(tǒng)對現(xiàn)場光伏電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)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(shù)據(jù)順利接入，集團(tuán)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對異地光伏電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
經(jīng)濟(jì)效益
通過配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，光伏電站納入集中、實(shí)時(shí)監(jiān)控，對光伏電站進(jìn)行全過程數(shù)字化監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)“看得見、查得到、管得住”。監(jiān)控中心將積累長達(dá)多年各種類型光伏電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，解決光伏發(fā)電等分布式電源接入系統(tǒng)問題，總結(jié)光伏發(fā)電建設(shè)、檢測、接入、運(yùn)行等各環(huán)節(jié)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為我國光伏電站建設(shè)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)提供數(shù)據(jù)支撐。
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