CN205622598U - 一种光伏发电站监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏发电站监控系统，该系统包括监控终端，监控终端具有总线及分别与总线连接的模拟量输入卡、开关量输入卡、开关量输出卡、第一处理器、第二处理器，开关量输出卡与变压器两端的断路器连接；监控终端与计算机有线和/或无线连接。本实用新型创新地采用双处理器，分别负责保护和监测功能，二者同时对总线上的数据采集，对数据进行统一分析、利用，满足了对数据实时性的需求，实现数据共享，避免了数据重复利用，保持了数据的一致性和可用性，实现对光伏发电站的监控、保护和控制。

Description

一种光伏发电站监控系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电站技术领域，更为具体地，涉及一种光伏发电站监控系统。

背景技术

近年来，对于大部分光伏电站的智能管理存在两个趋势。

1)从光伏电站智能管理设备的结构看，主要是针对单个智能单元，然后将这些智能单元通过网络设备连接起来。申请号为201510696114.9的中国发明专利申请公开了一种区域分布式光伏发电电源监控系统，所述区域分布式光伏发电电源监控系统包括服务基站平台、现场终端平台、通讯网络及光伏电站运行监控模块，所述的服务基站平台与现场终端平台间通过通讯网络连接，所述的现场终端平台与光伏电站运行监控模块电气连接，所述的现场终端平台至少一个，且每个现场终端平台均仅与一个光伏电站运行监控模块电器连接，所述的光伏电站运行监控模块与光伏发电站电气连接。虽然上述方案通过网络设备将现场终端平台通过通讯连接，但是由于传输延迟、每个智能单元可能重复采集数据等原因，上述方案无法进行数据共享，很难对数据进行统一的分析、利用，各装置间的互操作性也差，与传统电站的调度系统和数据采集监控系统的互操作性更差。

2)从功能方面看分两类，一是以监测控制为主装置，二是以继电保护为主的装置。如果兼顾了光伏电站大量的遥测、遥信和遥控功能，保护的性能指标大大折扣；如果强调保护功能，监测控制功能只能是辅助功能。究其原因实际上是保护对实时性的要求和监测对大数据量要求的矛盾。因此，常用的办法是至少购买分别具有监测和保护功能的设备，但是这种方式不仅性价比极低，更大的问题在于多种设备之间的数据重复采样、数据同步性、数据交换等诸多问题。

因此，如何对光伏电站进行统一的监测、控制和保护、如何使得设备在光伏电站智能化进程中具有正常的使用寿命，如何使得设备具有优越的性价比、如何提高光伏发电设备或者系统的经济效益、如何使光伏电站更加智能化，成为了本领域技术人员始终研究的重点和追求的目标。

实用新型内容

为克服现有光伏发电站监控设备监护保护功能分离、数据重复采样而利用率低下、无法实现数据同步共享、监控设备的功能单一、多套设备的性价比低等缺陷，本实用新型公开了一种光伏发电站监控系统，具有集保护、监测和控制为一体的功能。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种光伏发电站监控系统，该系统包括安装于光伏发电站现场的监控终端，监控终端具有总线及分别与总线连接的模拟量输入卡、开关量输入卡、开关量输出卡、第一处理器、第二处理器，开关量输出卡与变压器两端的断路器连接；监控终端与计算机有线和/或无线连接。

本实用新型集保护功能和监控功能为一体，由专门的处理器完成对数据的采集、计算、判断和执行。本实用新型创新地通过三个层次采集数据，信号直接采集处理和数字化、通过串口连接的采集、通过交互机接入第三方系统。远程管理装置可以接入多个现场智能终端，并分别对每台监控终端覆盖范围进行遥测、遥信、遥控和保护，从而实现对光伏电站全方位的监控和保护。

进一步地，该系统还包括与总线连接的存储卡。存储卡内具有存储芯片，用于存储系统参数和配置信息、数据总线上的数据、第一处理器和第二处理器数据交换的缓存数据、第一处理器处理后的数据、第二处理器处理后的数据。

进一步地，模拟量输入卡分别与变压器两端的电流互感器、电压互感器和温度传感器连接。

进一步地，开关量输入卡与变压器本体的传感器连接，传感器包括压力传感器、油位传感器、瓦斯传感器、温度传感器中至少一种，获取相应的开关量。

进一步地，该系统包括与第二处理器连接的串口扩展卡，串口扩展卡与逆变器、汇流箱、电表中至少一种连接，读取相应设备的数据。

进一步地，该系统包括通过RS232串口与第二处理器连接的人机交互设备，人机交互设备具有人机交互界面。

进一步地，该系统包括与第二处理器连接的通讯交换装置，通讯交换装置与远程管理装置、第三方系统中至少一种连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型创新地采用双处理器，二者同时对总线上的数据采集，对数据进行统一的分析、利用，满足了对数据实时性的需求，实现数据共享，避免了数据重复利用，保持了数据的一致性和可用性；双处理器分别负责保护和监测功能，完成数据的采集、计算和判断，实现对光伏发电站的监控、保护和控制。

附图说明

图1为监控终端的结构示意图。

图2为监控方法的工作流程图。

图3为光伏发电站现场设备部署示意图。

图中，

1、电网；2、变压器；3、交流防雷配电柜；4、逆变器；5、直流防雷控制柜；6、汇流箱；7、光伏组件；8、远程管理装置；9、监控终端；10、电表；11、第三方系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的监控系统以及监控方法进行详细的解释和说明。

本实用新型公开了一种光伏发电站监控系统，适用于分布式光伏发电站、集中式光伏发电站、配有升压变压器2的光伏发电站、不配有升压变压器2的光伏发电站等。如图1、3所示的光伏发电站现场设备部署示意图，多个光伏组件7将光能转化为电能后，通过汇流箱6收集，多个汇流箱6在将电能传送至直流防雷控制柜5，直流防雷控制柜5通过逆变器4转变、将电能从直流转变成交流，并汇聚到交流防雷配电柜3，汇聚后的电能通过变压器2升压后送至电网1，变压器2可采用光伏箱式变压器。

如图1、2、3所示，光伏发电站监控系统包括安装于光伏发电站现场的监控终端9，监控终端9具有总线及分别与总线连接的模拟量输入卡、开关量输入卡、开关量输出卡、第一处理器、第二处理器，开关量输出卡与变压器两端的断路器连接，控制断路器的闭合和断开，断路器设于变压器高压侧和低压侧，上述设备可由监控终端9所在板卡上的电源同一供电，也可单独供电；监控终端9与计算机有线和/或无线连接，有线连接的方式可为光纤环网、无线连接的方式可为无线通讯系统，计算机可安装于光伏电站升压站。该系统还包括与总线连接的存储卡，存储卡内具有存储芯片，用于存储系统参数和配置信息、数据总线上的数据、第一处理器和第二处理器数据交换的缓存数据、第一处理器处理后的数据、第二处理器处理后的数据；从存储卡结构来说，本实用新型的存储卡可为其他卡提供结构安装槽、数据通道、接口等，存储卡可选用CF存储卡。模拟量输入卡分别与变压器两端的电流互感器、电压互感器和温度传感器连接。开关量输入卡与变压器内的传感器连接，传感器包括压力传感器、油位传感器、瓦斯传感器、温度传感器中至少一种，本实施例中，压力传感器为压力释放阀传感器，油位传感器包括油位过低传感器、油位过高传感器，瓦斯传感器包括轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器，温度传感器为油温传感器，达到测量对应的开关量信号的作用；而模拟量输入卡测量保护监测点的电流、电压信号，比如，可直接测量光伏电站升压站低压侧的电流和电压，模拟量输入卡通过互感器测量高压侧的电流和电压。本实用新型的光伏发电站监控系统还包括与第二处理器连接的串口扩展卡，串口扩展卡与逆变器、汇流箱、电表10中至少一种连接。本实施例中，串口扩展卡可具有8个串口，采用Modbus协议通信与其他设备通信，串口扩展卡与光伏电站的逆变器通过RS485串口连接，读取该逆变器所属阵列电压、电流、功率、电网线电压、相电流、相功率因数、电网频率、并网有功功率、无功功率、视在功率、日运行时间、日发电量、年发电量、系统累计发电时间、逆变器状态、告警故障信息、直流输入电压、电流、输入功率、逆变器效率、逆变器机柜温度、IGBT温度、电抗器温度等；串口扩展卡与光伏电站的汇流箱通过RS485串口连接，读取所监测汇流箱的各支路电流、电压、功率、开关状态、电流状态、过流和电流反向报警、总熔断器报警、电流不平衡告警、汇流箱温度、汇总电压、总功率、累计日发电量等；串口扩展卡与光伏电站的电表10连接，测量光伏电站即时功率、日发电量、月发电量及累计发电量。

本实用新型的模拟量输入卡、开关量输入卡、串口扩展卡获取原始数据和计算数据，这些数据供第一处理器和第二处理器读取。特别对于模拟量输入卡和开关量输入卡，这两块输入卡采集的数据由第一处理器和第二处理器共享，实现第一处理器的保护功能、第二处理器的监控功能。对于模拟量输入卡，其内部可采用光耦隔离、信号调理、A/D转化为数字信号进行处理；对于开关量输入卡，可通过光耦隔离、硬件滤波处理，总线可采用ISA总线。

本实用新型的光伏发电站监控系统包括人机交互设备，人机交互设备通过RS232串口与第二处理器双向通讯连接，人机交互设备具有人机交互界面，操作者通过人机交互设备获取第二处理器内部的信息以及向第二处理器发布命令。该系统包括与第二处理器连接的通讯交换装置，通讯交换装置通过以太网与远程管理装置8、第三方系统11中至少一种连接，通讯交换装置可与远程管理装置8进行双向有线或者无线通讯，远程管理装置8可为远程计算机或者服务器，单个远程通信设备可与多个现场的控制终端有线或者无线连接，提供实现远程状态显示、数据存储、数据分析、遥控、参数设置、控制终端程序升级功能，实现存储历史数据供诊断、预测光伏发电站动态，具体的通讯协议可采用IEC60870-5-104、IEC60870-5-103、IEC61850等，第三方系统11可为视频检测系统、IP电话系统、气象监测系统等。

本实用新型的光伏发电站监控系统通过三个层次采集或者接收光伏数据：第一层次是监控终端9采集光伏发电站内的开关量数据、模拟量数据，然后进行数字化和分析计算；第二层次是通过串口扩展卡接收其他一次性设备的数据，如逆变器、汇流箱、智能电表10数据，然后对这些数据进行解析、计算和分析；第三层次是通过通讯交换装置与第三方系统11连接，获取接收第三方的数据，如视频检测、IP电话、气象监测等数据，然后进行智能分析和处理。

如图2、3所示，本实用新型公开了一种光伏发电站监控方法，包括如下步骤，

S1：控制监控终端9采集数据：开关量输入卡采集开关量数据，模拟量输入卡采集模拟量数据，开关量数据和模拟量数据传输至总线上；开关量数据包括变压器油温、油位、压力释放阀状态、瓦斯继电器状态、断路器状态、熔断器状态，模拟量数据包括变压器两侧的电流、电压。

S2：第一处理器和第二处理器同时获取总线上的数据：第一处理器通过总线读取开关量数据，当开关量数据值为“1”时，通过开关量输出卡输出保护命令，保护命令包括向断路器发出跳闸命令、发出告警命令，并将该事件信息存储至存储卡内，如压力释放阀压力过大、重瓦斯继电器检测的瓦斯值过大、油温处于超高温状态，通过开关量输出卡发出低压侧断路器跳闸命令，并将保护元件、时间存储在存储卡中，如轻瓦斯继电器状态或油温处于超温状态，则通过开关量输出卡发出告警命令，并将告警原因、时间存储至存储卡中；第一处理器通过总线读取模拟量数据的计算、分析，判断是否输出跳闸命令，并将该事件信息存储至存储卡内，通过对模拟量数据判断跳闸的条件包括发生过流保护、过压保护、零序电流保护情况中至少一种，如果符合第一处理器保护启动条件，即符合跳闸条件，则通过开关量输出卡发出跳闸命令，断开变压器低压侧的断路器，并将跳闸原因、时间以及故障前、故障时、故障后采样原始数据记录在存储卡中；第二处理器通过总线读取模拟量数据、通过串口扩展卡读取数据以及读取存储卡内的事件信息，根据读取的内容计算功率、功率因数、频率、电能量、电能质量数据，具体来说，通过串口扩展卡采集逆变器、汇流箱或者智能电表10数据，根据相关协议对数据进行解析、计算，第二处理器读取存储卡上的故障和告警数据。

S3：第二处理器将读取的内容、计算后的结果发送至人机交互设备和通讯交换设备，通讯交换装置设备将上述数据转发至远程管理装置8。

事件信息包括受保护的器件信息、跳闸或告警原因、保护时间、故障前中后的原始采样数据。通过本地或者远程的方式控制监控终端9，当第二处理器接收到本地或者远程命令后，执行本地或者远程命令；本地或者远程命令包括参数设置命令、开关控制命令、历史数据查询、历史数据导出，可通过远程管理装置8发送控制命令，断开或者闭合光伏发电站现场的断路器，重新设置或者修改系统参数、升级软件系统等；第二处理器通过通讯交换设备获取第三方系统11的数据。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏发电站监控系统，其特征在于：该系统包括安装于光伏发电站现场的监控终端，监控终端具有总线及分别与总线连接的模拟量输入卡、开关量输入卡、开关量输出卡、第一处理器、第二处理器，开关量输出卡与变压器两端的断路器连接；监控终端与计算机有线和/或无线连接。

2.根据权利要求1所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：该系统还包括与总线连接的存储卡。

3.根据权利要求2所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：模拟量输入卡分别与变压器两端的电流互感器、电压互感器和温度传感器连接。

4.根据权利要求2或3所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：开关量输入卡与变压器本体的传感器连接，传感器包括压力传感器、油位传感器、瓦斯传感器、温度传感器中至少一种。

5.根据权利要求4所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：该系统包括与第二处理器连接的串口扩展卡，串口扩展卡与逆变器、汇流箱、电表中至少一种连接。

6.根据权利要求5所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：该系统包括通过RS232串口与第二处理器连接的人机交互设备，人机交互设备具有人机交互界面。

7.根据权利要求6所述的光伏发电站监控系统，其特征在于：该系统包括与第二处理器连接的通讯交换装置，通讯交换装置与远程管理装置、第三方系统中至少一种连接。