浅析基于互联网分布式光伏发电监控运维平台

摘要：互联网+分布式光伏发电监控运维平台通过对实时运行数据的采集、计算、处理、分析、存储，结合天气状况对发电数据进行挖掘分析，建立业务专家知识库，实现一键体检、自动巡检等体检服务，及时发现电站运行故障或隐患。并基于消息推送技术、智能化派单技术、MemCache技术、手机APP技术完成自动化运维服务，提高光伏电站的发电效率，增加了用户的发电收益。

关键词：分布式光伏；智能运维；消息推送；智能派单

0引言

随着**政策的支持，鼓励绿色新能源建设，分布式屋顶光伏发电得到了快速发展，光伏电站数量及装机容量越来越庞大，地理分布越来越广。各种维护工作量巨大，对运维的要求越来越高，投入的人力和物力越来越多，但实际的运维效果并不理想。分布式屋顶光伏出现设备故障问题，往往不能及时发现，造成发电量减少。即使电话联系维修人员，由于路途问题，维修人员不能很快的赶到现场进行故障维修，造成多天不发电，收益减少。另外，发电效率逐渐降低，对用户来说往往无法察觉，但是无形中发电量越来越少，对用户来说也是损失。

如何解决上述问题，经过分析和调研，建立智能化监控运维平台，通过计算机自动化手段，挖掘分析发电大数据，以自动分析代替人工分析，及时发现电站故障或隐患，及时向用户发送告警消息推送，提醒用户及时处理，对于运行故障问题，及时向运维工程师下发派单服务，快捷、及时的帮助用户发现问题、解决问题。

1系统实现框图

系统设计原理。整个系统分为数据采集*心、监控*心、派单*心、消息推送*心四大部分，主要适用于分布式家庭屋顶的光伏电站，数据采集*心用于采集各个光伏的数据，如地理位置信息、业主信息、逆变器信息、电能信息等，然后将数据传输至监控*心。监控*心接收数据并做综合分析处理，形成体检报告或故障信息，然后将体检报告发送至消息推送*心并*终发送给客户端，或将故障信息发送给派单*心，派单*心结合运维工程师客户端的信息形成运维任务单、并将运维任务单发送至消息推送*心、*终发送给客户端，实现监控、维修任务派单及消息推送一条龙式的智能化运维。

其中，一键体检、自动巡检、大数据分析*方位电站检查服务，采用独立任务体方式控制，可扩展性强，适应不同业务的需求，内存采用缓存技术，提高了任务处理、访问效率，减轻了服务器压力。

2功能介绍

2.1消息推送机制

搭建消息接收服务器、消息推送服务器，消息接收服务器接收来自监控*心的一键体检或自动巡检服务的体检结果，并把体检结果按照订阅人群进行分类处理，并送入消息发送缓存中，消息推送服务器中的消息推送服务模块顺序把消息推送到用户手机客户端上，提醒用户注意电站运行状况。

整个体检任务可人工后台配置，并可自由配置推送人群，根据业务的不同推送的人群和内容也有区别，可灵活配置。

2.2智能派单服务

派单*心接收的大数据分析结果及客户故障维修申请，自动或人工下发维修单，故障电站周边30公里内的运维工程师会及时接收到运维任务，运维任务包括电站运行的故障现象、初步分析的故障原因、电站位置和距离、运维难易程度、任务酬金等内容，运维工程师抢单成功后，即可及时赶赴现场进行故障排除或售后服务。

2.3智能运维内容

采用模块化设计，动态装载检测任务体，定时或周期分析电站运行状况，并可根据业务需要扩展，可扩展性强。建立运维专家知识库，系统通过不断自我学习，不断完善专家知识库，在今后的运维中，发现问题并可以提供专业级的建议。结合 MemCache 缓存技术，把计算结果放入MemCache缓存中，设定其生命周期，在生命周期内的重复检测请求，直接从 MemCache 中读取返回，减轻了服务器和历史数据库的压力。

（1）采集器通讯中断次数超限任务：通过定时分析采集器断线告警数量来判断采集器的通信质量，通讯中断次数超过 20 次/天，则认为该采集器通讯状况不佳，存在运行隐患。

（2）采集器通讯中断时间超限任务：通过定时分析采集器通讯中断时间来判断采集器的状况，通讯中断时间超过3个小时，则自动向用户告警提醒，并提供问题解决办法，如网络不通、欠费、接触不良等。

（3）逆变器告警频繁任务：监测逆变器重要告警事项，如果发现频繁产生告警信息，说明逆变器存在故障隐患，当到达限值阀门后，自动向用户或运维工程师推送告警消息，以提醒及时排除隐患。

（4）逆变器功率突变检测任务：检测逆变器发电功率数据，经过对比分析，如果存在发电功率异常突变降低，则筛选出逆变器列表，并发送体检报告和功率曲线给运维工程师，用于分析逆变器运行中存在的问题。

（5）发电量持续降低检测任务：监测电站日发电量数据，经过近期对比分析，分析是否存在发电量不断降低的现象，及时通知用户清洗太阳能板或排查是否存在组件故障。

（6）发电量周边对比分析任务：对电站周边30公里同类型电站进行横向对比分析，看是否存在发电量同比低下问题，如果存在及时通知用户清洗太阳能板或排查是否存在组件故障。

（7）雪、雾霾天气服务提醒：结合天气状况，在雪、雾霾天气过后，通过消息推送方式，提醒用户清洗打扫太阳能板，以提高发电效率。以上为部分智能运维服务项目，可根据业务发展需要，动态扩展任务体。

2.4生产的智能化

订单物料管理与生产挂钩，实现流程化管理，智能化生产。自动化扫描物料登记，实现产品全生命周期追溯管理。

整个流程从客户下单、支付、设计、生产、备货、发货、签收等一系列操作中，完成从订货到签收的整个生命周期的智能化管理，客户可实时追踪订单进度。并把市场与生产结合起来，实现了定制化生产，提高了生产的智能化。

3 Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统

3.1平台概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的**经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

3.2平台适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

3.3系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

4充电站微电网能量管理系统解决方案

4.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图1系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。

4.1.1光伏界面

图2光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.1.2储能界面

图3储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图4储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图5储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图6储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图7储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图8储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图10储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图11储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

4.1.3风电界面

图12风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.1.4充电站界面

图13充电站界面

本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。

4.1.5视频监控界面

图14微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.1.6发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图15光伏预测界面

4.1.7策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

图16策略配置界面

4.1.8运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。

图17运行报表

4.1.9实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图18实时告警

4.1.10历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图19历史事件查询

4.1.11电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图20微电网系统电能质量界面

4.1.12遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图21遥控功能

4.1.13曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图22曲线查询

4.1.14统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图23统计报表

4.1.15网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图24微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.1.16通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图25通信管理

4.1.17用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图26用户权限

4.1.18故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图27故障录波

4.1.19事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户随意修改。

4.2硬件及其配套产品

5结束语

互联网+分布式光伏发电监控运维平台基于消息推送技术、大数据分析技术、任务巡检技术、智能派单技术、手机APP技术，实现了运维服务的*方位监控，目的是及时发现光伏电站运行中的故障或隐患，并提高光伏电站的发电效率，提高用户的发电收益。

通过该平台大大减轻了运维服务的难度，提高了服务质量，取代了繁重的人工劳动，是分布式光伏电站的服务好帮手。

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【5】侯志卫，陈洪雨，常生强，赵宏杰，叶进.互联网+分布式光伏发电监控运维平台

【6】安科瑞高校综合能效解决方案2022.5版.

【7】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.