浅谈光伏智能远程运维云平台的系统设计_光伏_逆变器

关键词：光伏智能云平台；远程监控；参数传输；实时展示；系统设计；

随着工业的大规模扩展，人口增加以及人均能源花费的持续增长，环球险些所有国家的能源需求都在上升，而光伏发电作为一种清洁和可持续能源被认为是所有可再生能源中可靠的选择，也受到了国家的广泛重视。
然而，大多数分布式光伏电站建在环境繁芜的偏远地区，建站数量多，种类也呈现多样化发展，传统的有线组网监控及人工值守办法监控效率低、本钱高且无法知足远程实时监控哀求。
近年来，随着云打算，无线通信和物联网技能的迅猛发展，开拓基于B/S架构，无线通信与云做事结合的光伏远程监控系统已成为新的组网形式，用户仅须要通过浏览器便可在任何韶光和地点对监控系统进行操作，实时查看光伏设备的运行情形并及时创造和打消故障，对确保光伏电站的安全稳定运行具有主要意义。

本文设计基于B/S架构的光伏聪慧云平台远程监控系统，该系统采取Django框架作为Web开拓，前端采取Boostrap、EChart和HTML5等将数据进行可视化，后端用Python措辞实现数据交互；并以阿里云ECS做事器作为云打算，MySQL作为云端数据库，设计以TMS320F28335为核心芯片的数据采集系统，现场设备通过RS485总线将数据传输至DSP芯片进行处理，并通过GPRS无线通信办法传输至远程做事器，实现光伏设备的实时远程监控。

1.1网络架构模式比拟

C/S（Client/Server）体系构造是指客户端和做事器之间的信息交互模式，其客户端属于运用程序软件，做事器常日采取高性能PC机，并采取大型数据库系统，相应速率快。
但C/S架构的缺陷是须要在客户端和做事器端运行特定软件，开拓本钱高，掩护难度大，兼容性差以及适用面窄。
B/S（Browser/Server）体系构造是浏览器和做事器间的信息交互模式，是一种随着Web发展起来的新架构。
其做事器即安装数据库，浏览器充当客户端，包含少量业务逻辑并紧张利用HTTP协议与做事器进行通信，用户界面完备通过浏览器实现，这减少了客户的开拓和掩护本钱，并为用户带来了较大的便利。

鉴于以上性能比较，B/S体系构造将成为远程掌握领域的未来发展趋势，其安全性和灵巧性低的缺陷将随着技能的进步而不断得到办理。

1.2系统总体构造

如图1所示为系统总体构造，可将其分为设备层、网络传输层和运用层。

设备层中各逆变器设备通过RS485总线将逆变器数据传输至DSP掌握器，DSP掌握器对数据进行处理并打包，数据通过GPRS以Socket形式上传到网络传输层。
网络传输层以云为核心，采取阿里云ECS做事器开启Socket监听对上传的数据进行解析并存储到MySQL云数据库。
运用层则采取Django框架设计Web监控界面，用户可通过Web浏览器访问监控云平台实时查看光伏设备的运行情形。

1.3云打算与数据库

云打算采取阿里云做事器ECS（ElasticComputeService）是由阿里云供应的性能好、稳定可靠、弹性扩展的IaaS（InfrastructureasaService）级别云打算做事，可实现打算资源的即开即用和弹性伸缩。
可利用SSH远程连接云做事器，在后台支配Linux系统并搭建Python环境，通过安装Nginx和Uwsgi做事支配Django项目，实现Web做事的外网访问端口。
MySQL是盛行关系型数据库管理系统，由于其体积小、速率快、总体拥有本钱低和开拓源码等特点，被记录为Web运用程序中常用的数据存储。
因此，选用MySQL作为云端数据库并支配到云做事器。
MySQL作为云监控平台的数据中央，对付存储光伏设备大量的历史数据，供应逻辑运算和剖析，起到了至关主要的浸染。

1.4Django框架

Django是目前盛行做事器端Web框架，是为快速开拓数据驱动站点而创建，扩展性强，功能完善，开拓速率快和可掩护性高。
其属于MVC（Model⁃View⁃Controller）框架风格，但掌握器吸收用户输入的部分框架，由用户自行处理，以是采取的是MTV架构模式，即Model（模型）、Template（模板）、View（视图）。
模型是数据存取层，卖力业务工具和数据库存取；模板是表现层，卖力把数据展示给用户；视图是业务逻辑层，卖力后真个查询操作和数据处理。

数据采集系统的硬件构造紧张由主控芯片DSP、电源电路、旗子暗记调理电路、各通信接口以及GPRS模块构成，其功能紧张实现监控设备数据包括逆变器电压、电流等输入旗子暗记的采集、处理与上传，并通过RS232接口与GPRS模块相连以Socket套接字形式上传至云做事器进行解析。
系统整体硬件构造如图2所示。

2.1主控芯片

主控芯片是全体掌握系统硬件构造的核心。
由于本体裁系须要频繁对输入旗子暗记进行采样和处理，数据量大，采取传统的PIC系列、51系列单片机无法知足处理速率和精度哀求。
因此本文设计采取DSP，其处理速率快，运算精度高，并具有丰富外设和接口，且F2833x系列比F28xx系列多了一个MAC单元，其处理数学运算性能可提升2.45倍，掌握算法性能提升1.57倍，可知足本文设计数据处理哀求。

2.2电源电路

电源模块为全体系统供电，F28335采取双电源供电，管脚供电电压1.9V，内核供电电压3.3V，由于监控终端外接电源的最小电压大于3.3V，因此需重新设计供电硬件电路办理外部低电压供电问题。
可采取TPS767D301芯片作为供电电源芯片，这是TI公司推出的针对DSP双电源供电的双路低电压降电源调节器，输入电压为5V，事情稳定后，将输动身生1.9V和3.3V电压供应给DSP，供电电路硬件设计如图3所示。

2.3旗子暗记调理电路

电流、电压旗子暗记的采样用的是闭环霍尔传感器，将检测到的仿照量送入电流、电压旗子暗记调理电路进行滤波和钳位，并由ADCIN端口进入DSP内部的A/D转换模块，将仿照量转换成打算机能够识别的数字量再送入云做事器。
电流及电压旗子暗记采集调理电路如图4、图5所示。

2.4通信设计

数据的无线传输选用厦门才茂CAIMORECM510⁃72FDTU模块实现，这是一款为用户供应低功耗、高速、永久在线、TCP透明数据传输的工业级无线终端设备。
其事情事理框图如图6所示。
采取RS232接口实现DSP与GPRS⁃DTU通信，并将DTU通过绑定IP地址和端口，以Socket套接字形式将数据包传输到做事器。

3、系统软件设计

系统软件部分包括数据通信软件设计和监控云平台软件设计。

3.1数据通信软件设计

数据通信软件设计实现对光伏逆变器数据的采样、处理和传输。
个中，系统初始化紧张包括外围硬件电路初始化、中断初始化和打消缓存区数据等，采取C措辞编程实现。
DSP相应处理包括对光伏设备发电参数的采样和A/D转换，并由GPRS通过绑定IP地址和端口作为Socket客户端形式发送数据到云做事器。
做事器则采PythonSocket编写脚本程序运行在做事端，不断侦听GPRS发送的TCP/IP连接要求，只要GPRS模块和PythonSocket做事程序配置的IP地址和端口同等，即可建立连接和通信，并创建Pthread线程吸收GPRS的数据，然后将数据存储至MySQL数据库，Web监控平台调用MySQL数据库数据即可实现远程监控。
数据处理及传输流程如图7所示。

3.2监控云平台软件设计

Web监控系统采取Django框架进行搭建，前端采取EChart、Boostrap、HTLM5和CSS3等将数据进行可视化和网页样式的设计。
后端采取Python措辞实现数据交互，并用jQuery自带封装的Ajax完成前后端数据要求办法，实现网页的动态刷新，数据传输格式为JSON。
云打算采取阿里云ECS做事器，其操作系统为Ubuntu16.0464位，公网IP为39.105.110.139。
通过在做事器终端搭建Python环境并用Nginx+Uwsgi支配以编译好的Django项目和MySQL，开放公网访问安全组，即可完成云端支配。
用户仅须要通过Web浏览器即可在任何韶光和地点进行监控界面访问，实现光伏电站的远程智能化管理，监控界面部分包括登录注册、设备监测、设备报警、历史数据查询和报表、后台管理等功能。

云做事器运行Socket脚本吸收来自光伏设备数据，并对监控系统进行Web发布，用户通过浏览器输入精确IP地址即可进行监控界面访问。
登录系统后，可实时监测光伏设备运行情形，图8是系统运行主界面，包括逆变器发电参数和运行状态的实时监测，历史告警展示和发电量的可视化曲线等，所有信息存储到MySQL数据库，便于数据剖析和历史数据查询。
实验结果解释该系统可监控光伏设备实时运行情形，时效性好，效率高。

5.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气候设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。
紧张功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。
用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时节制光伏发电效率和发电收益。

5.2运用处合

目前我国的两种分布式运用处景分别是：广大屯子屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

5.3系统构造

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至做事器，并将数据进行集中存储管理。
用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情形以及各逆变器运行状况。
平台整体构造如图所示。

5.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采取B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

5.4.1光伏发电

5.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

5.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

5.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●互换电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

5.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

5.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

5.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

5.4.1.7逆变器曲线剖析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

5.4.2事宜记录

●操作日志：用户登录情形查询。

●短信日志：查询短信推送韶光、内容、发送结果、回答等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生韶光以及确认状态。

5.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情形。
对付有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台掌握功能。

5.5系统硬件配置

5.5.1互换220V并网

互换220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW旁边。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站须要安装防逆流保护装置，避免往电网运送电能。
光伏电站规模较小，而且比较分散，对付光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站供应的办理方案包括以下方面：

名称

图片

型号

功能

运用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气候数据等

运用于单台逆变器数据采集和上传云平台

智能网关

ANet-1E1S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯办法具备Socket办法，支持XML格式压缩上传，供应AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议

防逆流装置

（选用）

ACR10R-D10TE

防止光伏系统向电网运送功率，用于单相光伏发电系统

户用逆变器

逆变器推举：

华为户用逆变器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1

固德威GW8000-DT

锦浪GCI-1P(4-6)K，GCI-1P(9-10)K

推举通讯办法RS485

5.5.2互换380V并网

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技能规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情形也可以采取多点380V并网，以当地电力部门的审批见地为准。
这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。
分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。
每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技能哀求符合DL/T448的干系规定，以及干系标准、规程哀求。
电能表采取智能电能表，技能性能应知足国家电网公司关于智能电能表的干系标准。
用于结算和考察的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。
在380V并网点前须要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也须要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点须要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变革、谐波/间谐波THD、闪变等，须要安装单独的电能质量监测装置。
部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站须要安装防逆流保护装置，避免往电网运送电能，系统图如下。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采取光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站供应的办理方案包括以下方面：

名称

图片

型号

功能

运用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气候数据等

运用于多台逆变器、计量仪表及气候数据采集和上传云平台

智能网关

ANet-1E2S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯办法具备Socket办法，支持XML格式压缩上传，供应AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议

电能质量监测

APView500

电网频率,电压、电流有效值,有功功率、无功功率、视在功率及功率因数,电压偏差,频率偏差,三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等,谐波（2～50次）。
包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等,谐波群,间谐波电压颠簸、闪变。
可输入57.7V/100V或220V/380V。

静态无功补偿

ANSVG100-400

光伏并网时紧张供应有功功率，这样市电侧有功减少，而无功不变，这样会导致功率因数降落，通过无功补偿装置可以提高系统功率因数。

防逆流装置

ACR10R-D10TE4

防止光伏系统向电网运送功率，用于三相光伏发电系统

直流电表

DJSF1352

电压输入DC750V，电流输入DC300A/75mV，在分布式光伏项目中适用于储能回路等直流旗子暗记设备电量丈量和电能计量利用

DJSF1352RN

PZ96L-DE

逆变器

逆变器推举：

阳光电源组串式逆变器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX

华为商用逆变器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0

固德威GW（25~80）K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

锦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等

推举通讯办法RS485

5.5.3 10kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目培植有关事变关照》（国发新能〔2019〕49号），对付须要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，须要知足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的哀求，支持在符合电网运行安全技能哀求的条件下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一样平常比较大，须要通过升压变压器升压后接入电网。
由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的滋扰，因此供电部门对付此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信哀求都比较高。

光伏电站并网点须要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变革、谐波/间谐波THD、闪变等，须要安装单独的电能质量监测装置。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经由直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情形可不设置)，末了经由升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。
由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，紧张如下表：

名称

图片

型号

功能

运用

光伏运维云平台

AcrelCloud-1200

监测光伏发电功率、发电量、功率曲线、发电日月年报表、设备信息、故障报警、气候数据等

运用于6MW以下光伏变电站

电力监控系统

Acrel-2000

电力监控系统，实现对光伏发电站。
测、。
信、。
控、非常报警、故障记录和剖析等功能，吸收调度系统指令对光伏电站进行调节和掌握。

并网柜

AZG光伏并网柜

容量涵盖范围广，可涵盖2000A以下用户并网需求；

安装方便，外不雅观都雅大气；

可选配检有压合闸、失落压跳闸等功能，对光伏系统进行失落压，欠压保护，及自动合闸功能；

可预留独立铅封计量室，光伏发电一览无余；

可根据客户需求配用国内外有名品牌厂家元件；

可选配电能质量在线监测装置检测光伏发电系统的各电参量，并与后台联机通讯，实现智能化管理；

可选配防孤保护及逆功率保护功能；

具有RS485通讯接口，利用ModBus-RTU通讯协议

汇流箱

APV光伏汇流箱

防护等级为IP65,知足室内外安装哀求；

采取霍尔传感器，隔离丈量，16路输入；

耐压DC1kV,熔断电流可选择；

可选电压丈量功能,丈量电压DC1kV；

具有RS485通讯接口，ModBus-RTU通讯协议；

可根据客户需求配用国内外有名品牌厂家的光伏专用直流断路器，光伏专用直流熔断器、防雷保护器等元件。

智能网关

ANet-1E2S1-4G

嵌入式linux系统，网络通讯办法具备Socket办法，支持XML格式压缩上传，供应AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议，支持和调度系统远动通讯。

微机保护测控装置

AM5SE

适用于35kV和10kV电压等级的线路保护测控、变压器差动、后备保护测控等功能

电能质量监测

APView500

电网频率,电压、电流有效值,有功功率、无功功率、视在功率及功率因数,电压偏差,频率偏差,三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等,谐波（2～50次）。
包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等,谐波群,间谐波电压颠簸、闪变。
可输入57.7V/100V或220V/380V。

弧光保护装置

ARB5

集保护、丈量、掌握、监测、通讯、故障录波、事宜记录等多种功能于一体,准确实时监测弧光旗子暗记，保护电流，适用于中低压等级电网的弧光故障迅速切除装置。

光伏汇流采集装置

AGF-M16T

一次电流采取穿孔办法接入，20A，穿孔办法接入，安装方便，安全性高

带3路开关量状态监测，可以对汇流箱内的防雷器、断路器状态进行监控

具有内部测温功能，可实时监测箱内温度，担保电气安全

具有DC1500V母线电压丈量功能

具备RS485接口，Modbus-RTU协议，将监测数据上传至后台系统

直流电表

DJSF1352

电压输入DC750V，电流输入DC300A/75mV，在分布式光伏项目中适用于储能回路等直流旗子暗记设备电量丈量和电能计量利用

DJSF1352RN

PZ96L-DE

多功能电表

APM800

各电压等级全电气参数丈量、计量和状态量采集

逆变器

逆变器推举：

阳光电源集中式逆变器SG500MX等

华为商用逆变器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等

固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

锦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等

推举通讯办法RS485

本文结合云打算、DSP、物联网和无线通信技能设计了光伏发电远程监控系统，并给出了软硬件设计方案，测试表明系统数据传输准确，运行稳定。
与传统电站PC监控比较，该系统无需现场监控、轮班值守、人工征采故障，只需1台具有浏览器的终端设备即可进行远程监控，实时查看光伏设备的运行情形，效率高、本钱低、市场前景广阔。

【参考文献】

[1]余永俊，任一峰，高世清，安坤，刘鹏.光伏智能云平台远程监控系统涉及[J].当代电子技能，2021年1月15日第44卷第2期

[2]陶洪峰，童亚军.RS485总线架构的双无线通信光伏电站监控系统[J].传感器与微系统，2017，36（8）：114-116

[3]安科瑞企业微电网设计与运用手册.2022.05版

安科瑞唐晓娟13774431042