光伏发电数据监控系统的设计与实现

◆邹芷君 吴凤梅 任丹 刘雨潇

(湖北文理学院 湖北 441000)

1 引言

能源已经成为决定当今社会发展的关键因素。一个国家能否高效、合理的利用随处可见的新能源，直接决定着这个国家未来的发展方向。太阳能作为新能源中不可忽视的重要一员，逐渐走入大众视野。其具有显著特点主要包括清洁、无污染、易获得。正是这些显著的特点使得太阳能的使用逐步流行，并发展成为新能源领域中的一种趋势。应运而生的光伏发电站充分利用太阳能的优势，针对光伏电站行业进行数据采集、数据可视化及数据分析，着力于为光伏设备安装商、运营商及民用商、光伏用户提供线上工具支持；为光伏电站投资人提供数据参考，降低投资风险。同时光伏发电站的高度智能化也使得设备的检查变得简单，由最开始的安排人员现场检查逐步变成自动化检查，极大程度提高人力物力，提高检查效率。

2 光伏系统的数据操作

2.1 光伏系统中数据采集模块的实现

数据采集模块的主要流程如图1所示，本模块主要由数据采集器、气象传感器、光伏阵列传感器、通信终端设备组成。光伏系统通过加入现代化的仪器，帮助用户实时采集光伏电站发电和当地环境参数情况。在传统光伏发电站的基础上，改用更加先进的硬件通讯协议——RS485/422 协议，该协议能够更好在网络中运输采集的数据，这些数据主要包括逆变器数据和气象站数据。

数据采集模块的功能实现主要是通过采集模块平台收发消息，进行数据传输等。该模块使用的主要是市场上现有的光伏设备生产厂商的产品，例如英臻、华为、阳光、品联、畅洋、淘科等。这些厂商的采集器模块主要是由传感器、控制器等单元构成，采用的是远程数据采集的方式。数据采集模块需要的材料是通信芯片、存储芯片,实现原理则是将各个芯片集成在一块电路板上。系统通过上述器件集成的电路芯片，来快速获取光伏电站的变器数据和气象站数据。

图1 数据采集模块及流程

2.2 光伏系统中数据处理模块的实现

数据处理模块的实现主要流程如图2所示。数据处理模块主要完成对接收到的数据帧进行校验、解析和转换和存入数据库等功能。

图2 数据处理模块的实现主要流程

数据通信模块是采集器与数据预处理平台之间的通信信道，主要是将设备数据使用无线网络终端发送到目标端口。采用的是TCP/UDP协议，利用面向连接的TCP协议来实现IP环境下的数据可靠传输。同时又采用端到端发送数据包的方式，通过为采集器获取的数据开辟的连接通道进行传输，在数据预处理平台相应端口下进行数据接收。数据预处理模块主要流程如图3所示：

图3 数据预处理模块主要流程

数据预处理模块功能实现：首先根据逆变器、电表、气象站等不同种数据帧格式协议，制定相应的多种解析器，获取帧中包含的电站数据信息；再获取传输到相应数据端口的帧，并将其放入正确的解析器中完成转义。数据预处理模块主要采用标志点匹配算法，对系统中使用到的各项帧格式进行分析，提取数据帧头，数据帧尾的数据格式与长度和整帧数据长度等，并将其作为标志点，然后对标志点进行自动识别与匹配，将原始帧区分后交由相应解析器实现解析。

2.3 光伏系统中数据展示模块的实现

数据展示模块的主要实现流程如图4所示。数据展示是指对接收到的电站数据进行数据可视化，展示部分主要分为电站中心，运维中心，展示中心和报表中心。数据展示模块通过对光伏电站的四大中心的展示，给用户提供详尽的光伏电站信息，帮助用户及时了解光伏电站信息和处理光伏电站的突发事件。

图4 数据展示模块的主要实现流程

3 光伏系统的优势

3.1 为光伏电站行业运行、维护和管理问题提供解决方案

光伏电站大多建设在偏僻、环境相对恶劣的地区，派人值守可行度不高。光伏系统设计者考虑到这一问题，在光伏系统中专门增设了数据监控模块，利用电子器件实时检查光伏电站情况，并将数据上传到网络端。在网络发达的今天，人们可以随时通过手机、电脑等进行远程查看数据,也可以在发现问题的第一时间打电话通知电站的管理者。

数据监控模块完成自动化监控的具体解决措施主要有：（1）建立相关的光伏电站管理机制，并充分利用数字信息化技术，实现光伏电站数据共享和远程监控。（2）建立完善的系统故障处理体系,将电站各设备在运行中出现的故障进行整理分类,并记录下相关故障的处理方法。（3）组织技术人员参加各种培训，使其掌握一般系统故障的产生原因,并培养其妥善解决故障的能力。同时安排操作人员负责与设备厂商的联络工作,当电站遇到机械故障时,也能第一时间通知维修人员进行抢修,或者在最短的时间内通知设备厂商更换设备。光伏系统通过上述措施很好实现了自动化监管功能，帮助公司减少了人力资源的浪费。

3.2 为光伏电站投资人的投资行为提供决策依据和数据支持

光伏产业作为新能源产业,是我国经济发展的重要产业之一。光伏发电投资不仅可以给经济社会发展提供清洁的能源与电力,而且还可以给投资者带来丰厚的收益。再加上近些年政府对其大力支持,所以光伏电站逐渐成为投资热点。

投资者在确定光伏发电是否为一个正确的投资项目之前,可以先对光伏投资项目的特征进行一定的了解,帮助其正确理解和把握光伏发电投资的风险。投资方可将专业的第三方机构的监控数据作为投资决策的参考依据，全面了解各种风险因素。同时也可根据监控数据实时的查看投资和收益状况， 并在之后的合同中制定相应规避风险的方案。

3.3 为光伏养老、光伏脱贫、电站交易等提供数据共享和决策支持

光伏扶贫是国家大力倡导的,不仅符合以低碳为理念的能源发展战略，而且也符合以扶贫为工作重点的农村帮扶计划。光伏扶贫可以帮助农村解决用电问题,同时也可以利用农村的劳动力,利用光能来获得收入。

光伏系统为农民脱贫提供途径。光伏系统为实现光伏脱贫的具体措施有：（1）在政府指导支持下确定合适的光伏扶贫模式，建立光伏电站，进行资金投入，同时确定相应的光伏养老政策。（2）在政府鼓励的基础之上，选择有技术手段、有技术实力的光伏脱贫实施单位，同时以村集体为单位进行光伏电站管理,光伏发电所得投资收益也由村集体分发给各户。（3）给当地老百姓做光伏电站管理方面的相关培训，解决部分贫困百姓就业问题。同时教会农村的青壮年一些电站交易的知识,用相对丰厚的待遇留住人才。

4 结论

随着太阳能等清洁能源的使用领域越来越广,光伏发电技术也在不断普及，数据采集和远程监控也变得越来越重要。数据采集对于后期的科研分析具有极其重要的实际意义。而远程监控不仅可以降低运营成本,而且也有利于光伏电站的日常运行管理、设备维护等。在光伏系统大力度发展下，越来越多的人从众受益。电力公司可以使用远程监控系统替代员工的值守，投资人员可借助光伏系统获取更将详尽的电站信息，为后期的投资提供决策依据，农民也可在光伏系统的帮助下脱贫。