1、光伏電站數據采集系統與遠程通訊系統一、項目簡介1、項目名稱：巨力新能源10MW太陽能光伏屋頂發電項目2、建設單位：中國巨力集團有限公司3、建設規模：10MWp屋頂光伏發電項目4、項目地址：中國巨力集團5、電站范圍：中國巨力集團廠區6、單位屋頂：8處二、監控系統說明如圖2.1所示，光伏綜合監控系統具備就地和遠程監控功能，監控軟件由本地監控與遠程監控相結合。本地監控由中央控制器（包括數據采集、控制算法、網關等功能）、通訊鏈路、本地顯示組成，主要功能是負責本地發電設備數據采集、控制、數據存儲、能量調度、通訊等功能。遠程監控由廣域網通訊鏈路、路由器、數據庫服務器、網絡服務器、上位機展示平臺組成，主要功

2、能是負責將各個電站數據進行收集，電站狀況調查，數據存儲、處理、分析，發電經濟性分析等等。傳統光伏電站監控系統主要由逆變器廠商隨設備提供，從本廠逆變器出發，對電站運行的一些參數進行監測，難以或不能直接控制逆變器的運行狀態，無法獲取電站中的其它設備的信息及控制這些設備，也無法滿足電網調度系統對電站的實時監控要求。而且該項目將采用不同廠商的設備，電源廠商自有的監控系統一般對其他廠家的設備兼容性差，容易造成一個個“孤島”系統，無法形成統一的監控體系。大型光伏電站必須配備自動運行、功能完善的監控系統。這種監控系統不同于傳統發電廠監控系統或變電站綜合自動化系統，相對來說，大型光伏電站內設備種類不及傳統電廠

3、豐富，生產控制流程也不太復雜。但其典型特點是裝機容量大（10MW以上）、占地面積廣（150畝以上），且地理位置偏僻、維護人員很少，這就要求生產運行、設備監控、環境監測、安保技防等各環節集中統一起來，且能夠適應其位置分散、配置靈活的特點。基于現場總線設計的大型光伏電站監控系統可以滿足這些要求。因此，需要搭建一個統一的本地集中監控中心，該監控中心位于巨力索具園區，能夠對不同廠商、不同類別、不同型號的光伏發電電源設備及計量表計、直/交流柜及其它電力設備進行統一監控，實現對該項目所包含的光伏電站完整、統一的實時監測和控制。本地集控中心，電網數據中心，金太陽數據中心溫度傳感器光照傳感器風速傳感器風向傳感

4、器TCP/IP,GPRSRS485傳感器數據采集器逆變器RS485通訊網關網線通訊網關RS485網線通訊網關無線網線網線電能表網線無線AP交換機網線RS485通訊網關交直流配電柜網線交換機VGAVGA/網口轉換器監控服務器VGARS485網線本地顯示屏通訊網關其他設備中控大廳大屏幕圖2.1屋頂光伏電站監控系統示意圖三、監控系統主要功能3.1功能介紹該系統可以實現多個層次的監控：光伏電站監控，遠程控制、遠程診斷、數據上傳。電站信息監控：本地光伏發電監控系統實時監控光伏發電站發電量、輸出功率、逆變器功率。監控環境溫度、風速、光照強度等參數。監控逆變器、溫度傳感器、功率質量測量儀等設備狀態及設備報警

5、。提供豐富的VGA、LED顯示功能、網絡遠程監控和自定義報表等高級功能。支持工業標準RS485接口和MODBUS協議及設備自定義協議。支持多種逆變器、智能電表、溫度、光照、風速等設備。本地光伏監控系統通過TCP/IP實時上傳監控詳細數據到在線監控平臺。用戶通過瀏覽器實時了解遠程電站運行情況，掌握電站設備詳細運行參數，報警信息等。遠程控制、遠程診斷：對遠程光伏電站監控系統主機的管理，遠程登錄各采集點本地監控系統網關。查看工控機實時運行情況，掌握主機和光電站各設備實時通訊情況，報警信息。數據上傳：目前金太陽光伏電站需要將數據上傳到鑒衡金太陽數據中心，本光伏監控系統實現通過互聯網上傳至衡金太陽數據中

6、心功能。金太陽數據中心光伏數據實時顯示電視大屏現場視頻實時顯示報警數據實時顯示通訊狀況實時顯示RS48530MW項目,17個數據采集點直流匯流箱運維巡檢逆變器系統維護交流柜升壓變1號通訊網關無線AP上傳光伏數據數據中心高壓屏繼保遠程控制，遠程診斷模塊視頻服務模塊數據庫Web顯示模塊通訊服務模塊光伏通訊服務器防逆流數據庫服務器Web服務器視頻服務器遠程診斷，遠程控制服務器.RS485遠程控制,遠程診斷直流匯流箱Web瀏覽逆變器遠程登錄維護交流柜11號通訊網關Web用戶升壓變TCP/IP上傳光伏數據高壓屏繼保防逆流遠程控制,遠程診斷圖3.1監控系統功能模塊圖3.2 監控范圍電站主要數據。包括：逆變

7、器監控參數：PN, SN, PV輸入電壓, PV輸入電流，交流輸出電壓，電流，頻率，功率，逆變器溫度，當天發電量，當年發電量，總發電量，減排和減煤等。環境傳感器監控參數：光照，環境溫度，風速，風向等多種傳感器。智能電表監控參數 ：總功率，總無功功率，總有功發電量，總無功發電量，線電壓，相電壓，電流，頻率，有功功率，無功功率，功率因數，諧波電壓，諧波電流等。四、系統結構整個系統分為現場采集系統、數據傳輸鏈路、本地集控中心、監控軟件平臺、異地容災系統。4.1 現場采集系統圖4.1現場采集系統通訊示意圖每個廠房數據采集層方案如圖4.1所示，每個廠房的監控設備主要包括位于廠房屋頂環境監測儀（一般一個項

8、目配置一套環境監測儀），位于光伏配電室的逆變器和智能電表等設備，一般采用485方式通訊，并通過防逆流采集箱采集并網配電室的并網功率等，用于防逆流。數據采集層使用通訊網關采集設備數據，通訊網關采用嵌入式Linux操作系統，具有功耗低、性能強、長期工作穩定的特點，包括4個485接口，2個以太網口，每個485可以采集31臺設備，完全滿足當前數據采集及協議解析需要，內部集成看門狗功能，可以有效防止系統崩潰的影響。通訊網關通過485采集逆變器、智能電表、智能匯流箱及環境監測儀數據，并將采集到的數據根據設備協議進行解析，并保存到實時數據庫中，通訊網關通過工業交換機與位于廠房屋頂的無線AP進行通訊，并將數據

9、通過無線WIFI網絡上傳到監控中心服務器。4.2數據傳輸鏈路圖 4.2數據傳輸鏈路示意圖注：1）上圖中6號、14號、17號廠房的“”代表三射頻工業無線AP EKI-6340-3。（詳細資料見附帶產品資料）2）其它廠房上的無線接入點均采用性價比較高的EKI-6331AN產品。（詳見產品資料）4.2.1無線AP通訊方案本項目由8棟廠房組成，廠區之間、廠房之間不能通過廠區局域網進行連接，而廠房之間如果架設光纖成本很高，采用GPRS或者3G每年需要支付大量的流量費用，實時性也不能得到保證。我們在設計通訊方案時充分考慮了這一點，為了最大程度保證系統可靠性、通訊穩定性及降低成本，我們主干通訊網采用先進的無

10、線工業Mesh網絡。該網絡是基于無線iMESH網絡技術的無線以太網產品，在多重跳臺，高數據吞吐率，快速漫游，自組網自恢復方面都有優越的性能。該無線網絡使用IEEE802.11n進行通訊，理論最大傳輸帶寬為300兆，所使用的產品全部支持MIMO技術（MIMO技術特點將兩條無線通路進行捆綁帶寬翻倍），在主干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增加帶寬保障數據傳輸的穩定和可靠。因此，采用無線工業Mesh網絡完全滿足光伏監控需要，并且最大程度降低施工風險。此方案要將覆蓋區域分成“主干Mesh網絡”及“AP覆蓋”兩部分。分區原則根據廠區及廠房的實地情況而定。初步擬定通過三臺高性能的研華戶外工業無線Mesh AP

11、EKI-6340-3產品組成主干Mesh網絡（建議組Mesh網絡頻率使用5.8GHZ），再通過分布在各廠房的接入點的EKI-6331AN進行同主干EKI-6340-3網絡進行互聯。（Mesh網絡的特點在無線網絡有故障點出現時，無線AP會自動選擇另一條途徑通訊，保證數據傳輸）。由于EKI-6340系列AP支持三個射頻，實現在兩個射頻頻組建冗余主干Mesh網絡的同時，第一個射頻進行無線覆蓋。同時，在實施時采用高增益的扇形天線提高傳輸距離并保證帶寬。每個現場點通過EKI-6331AN同骨干Mesh網絡的EKI-6340-3進行通訊。4.2.2 無線通訊方案特點1、帶寬分析研華無線交換機使用IEEE8

12、02.11n進行通訊，最大傳輸帶寬為300Mbps，所使用的產品全部支持MIMO技術（MIMO技術特點將兩條無線通路進行捆綁帶寬翻倍），在主干和需要大帶寬的傳輸路徑中可增加帶寬保障數據傳輸的穩定和可靠。本帶寬不但可以滿足當前控制數據的通訊需要，也可以滿足未來視頻通訊需要，具有一定可擴展性。帶寬需要看視頻部分的碼流和視頻監控點位情況而定，以每棟廠房頂一個視頻攝像頭，每個攝像頭12Mbps帶寬計算，預計已知區域的視頻帶寬總和為18Mbps36Mpbs左右。通過研華Mesh AP EKI-6340系列產品構建的實際骨干網絡帶寬可達200Mbps以上，可用于數據傳輸的有效為100Mbps以上，因此即便

13、現場具有視頻監控的傳輸需求，研華工業無線通訊設備仍然可滿足通訊需求。2、解決的問題 此方案可以解決以下問題：1、 現場覆蓋面積廣，需要遠距離傳輸問題2、 視頻數據傳輸中需要高帶寬的問題3、 戶外應用，需要安裝方便，并支持寬溫和高防護等級等工業特點。4、 穩定可靠的無線產品，保障系統的安全5、 避免傳統AP橋接帶寬損耗過多問題6、 光纖布線復雜、成本高的問題3、方案優勢1）Mesh網絡：通過主干組成的Mesh網絡，進行主干信息的通訊。研華率先在工業無線網絡中使用先進的工業Mesh技術。在網絡中出現故障點時，網絡可以通過Mesh網絡進行自恢復，研華的工業Mesh網絡自恢復時間為20ms。保證數據通

14、訊的正常穩定。使用Mesh網絡的特點為方便安裝配置，通過Mesh網絡可以進行跳接傳輸（非視距傳輸），大大提高網絡的穩定性（網絡可以自愈合），網絡架構簡單靈活，帶寬高。2）MIMO技術：即多路輸入多路輸出（MIMO）技術，是指在發射端和接收端分別使用兩個或多個發射天線和接收天線，信號通過發射端和接收端的多個天線傳送和接收，從而改善每個用戶的通訊品質，提高抗干擾能力。4、方案實施說明如上圖所示，根據廠區的位置，將無線通訊部分分成“骨干Mesh網絡”及“AP覆蓋節點”兩大部分。骨干基站按4臺預估，但為了盡可能的節約成本，實施時可先按3個骨干基站安裝并實測，如果實測效果不理想時，再增加第4臺骨干基站的

15、架設即可。實施規劃：1）骨干基站的架設與實施如圖4.3所示的6號、14號及17號廠房均采用骨干基站，骨干基站為研華IP67高防護等級寬溫型三射頻Mesh AP，型號為EKI-6340-3。圖4.3骨干基站及天線安裝示意圖骨干基站、天線及配件見下表：設備名稱說明數量EKI-6340-3三射頻基站15.8GHz 23dBi骨干定向天線用于骨干基站間通訊25.8GHz 14dBi扇形天線用于所有廠房間無線節點的覆蓋通訊2“1分2”功分器將覆蓋所用的1個射頻接兩組天線，增大覆蓋角度22米饋線用于基站與天線連接8饋線防雷模塊用于饋線的避雷6網線防雷模塊用于網線的避雷12）監控節點基站的架設與實施如圖4.

16、3所示的15，713，1516及18號廠房均采用節點基站，節點基站為研華IP55防護等級的高性價比無線AP產品，型號為EKI-6331AN。EKI-6331AN通過防水膠泥及防水膠帶保護后可以直接裸露在戶外使用，并且其內部內置了16dBi 5.8GHz雙極化（MIMO）天線，可以直接與骨干基站連接，節省了天線及饋線等成本。圖4.4節點基站及天線安裝示意圖節點基站、天線及配件見下表：設備名稱說明數量EKI-6331AN節點基站15.8GHz 16 dBi定向天線已內含（在機殼內）0網線防雷模塊用于網線的避雷13）基站支架 由于廠房房頂不便安裝，因此建議采用如圖4.5結構的支架對基站進行安裝。圖4

17、.5基站支架示意4.3本地集控中心電視大屏通訊服務器數據庫服務器視頻服務器Web服務器維護工作站巡檢工作站以太網數據中心路由器Internet無線APWeb瀏覽圖4.6 監控層通訊方案如圖4.6所示，監控層主要包括監控服務器、操作員站和工業交換機。主要包括監控服務器和操作員站，監控服務器、操作站及位于光伏監控室樓頂的通訊層的工業無線AP通過工業交換機連接，采用以太網通訊。監控服務器通過無線WIFI網絡與通訊網關通訊，采集通訊網關采集到的逆變器、匯流箱等數據，并保存實時數據庫中，進行邏輯處理，并保存到歷史數據庫，實現WEB發布及數據上傳功能。操作員站用于通過與監控服務器通訊，實現人機界面展示與交

18、互。4.4系統軟件平臺光伏電站監控中心系統硬件采用監控服務器，能對現場所有設備進行管理。此外，系統具有便利的管理、分析和查詢工具，滿足如生產報表、設備狀態分析和集中監視、實時數據查詢、歷史趨勢分析、故障診斷等需求。使整個監控系統和通訊接口可以方便的轉換，安裝簡易，操作簡單，易于安裝。中心監控系統由IO通訊組件，實時數據庫，界面顯示組件，WEB發布組件等組成。IO通訊組件用于和光伏并網變流器等監控設備通訊；實時數據庫是整個軟件的核心，負責數據存儲和報警處理；界面顯示是系統與用戶的接口，用于顯示和查詢數據以及修改現場設備參數，報表顯示和報警提示也都是在界面里進行的。監控計算機采用大容量硬盤，系統能夠長時間存儲從光伏發電系統中檢測的數據。系統具有強大的數據分析能力，例如對發電量進行統計，換算成等