專利名稱：適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于多地區(qū)、多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺，屬于光伏發(fā)電監(jiān)控技術領域。
背景技術：
近些年來，以風能、太陽能為代表的新能源在全球得到迅猛發(fā)展。目前，太陽能是世界上最具前景的清潔能源之一，各國都將太陽能資源利用作為構建可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、維護簡便等優(yōu)點，是近年來出現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢的太陽能利用方式。我國太陽能資源十分豐富，全國有90%以上的陸地太陽能資源屬于較豐富、很豐富或最豐富，這為我國光伏發(fā)電的發(fā)展提供了基本條件。為了支持光伏發(fā)電的發(fā)展，國家陸續(xù)出臺了“金太陽”示范工程、光電建筑一體化、特許權招標等一系列支持政策，隨著相關項目的逐步實施，我國光伏發(fā)電有望得到規(guī)?；l(fā)展。適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺可以對多個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀況進行集中監(jiān)測、顯示、存儲、分析，得到全國各地光伏發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)以及各地太陽能資源分布數(shù)據(jù)，以便掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的運營管理與運行經(jīng)驗。從而改進和調整系統(tǒng)運行狀態(tài)， 以達到最佳和最充分地利用當?shù)靥柲苜Y源的目的，并且可為光伏發(fā)電系統(tǒng)的進一步優(yōu)化設計提供可靠的科學依據(jù)。同時對把握和弓I導光伏發(fā)電發(fā)展趨勢、對大規(guī)模光伏發(fā)電接入電網(wǎng)也具有重要意義，為國家和地方相關部門和企業(yè)進行光伏發(fā)電的建設開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)引導方面的決策也提供一定的技術支撐。
發(fā)明內容本實用新型的技術目的是為了解決不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同類型光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制問題，實現(xiàn)對不同光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)視，并根據(jù)系統(tǒng)運行情況以及應用需要進行遠程控制。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺，其特征在于，其主要由數(shù)據(jù)平臺主站、無線通訊網(wǎng)絡以及部署在光伏發(fā)電系統(tǒng)內的無線通訊模塊三部分組成。數(shù)據(jù)平臺主站由GPS系統(tǒng)、監(jiān)控工作站、維護工作站、SCADA 服務器、數(shù)據(jù)服務器、WEB服務器、遠程工作站以及前置服務器通過以太網(wǎng)相互連接組成。無線通信網(wǎng)絡采用CDMA無線專網(wǎng)VPDN。無線通訊模塊通過VPDN與數(shù)據(jù)平臺主站進行連接， 將各地光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣、環(huán)境運行數(shù)據(jù)等上傳至數(shù)據(jù)平臺主站。本實用新型可以達到以下技術效果1)實現(xiàn)監(jiān)視功能，監(jiān)視光伏發(fā)電系統(tǒng)信息，包括光伏電池陣列信息、蓄電池信息、匯流箱信息、交直流配電柜信息、逆變器信息、升壓變信息、電能計量信息、電能質量監(jiān)測信息、氣象環(huán)境監(jiān)測信息等；2)實現(xiàn)控制功能，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行情況與外界應用需要，對逆變器、配電開關等光伏發(fā)電系統(tǒng)關鍵設備進行遠程控制，尤其適用于偏遠地區(qū)無人值守的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。
圖1適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺結構圖。
具體實施方式
光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否并網(wǎng)分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)包括邊遠地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是與大電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當電網(wǎng)因故停電時可緊急供電，常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。光伏匯流箱是為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線，將一定數(shù)量、 規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來，組成一個個光伏串列，再將若干個光伏串列并聯(lián)接入并匯流輸出的設備。逆變器是一種由半導體器件組成的電力調整裝置，主要用于把直流電力轉換成交流電力。一般由升壓回路和逆變橋式回路構成。升壓回路把太陽能電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價地轉換成常用頻率的交流電壓。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的時候使用。它的工作原理就是化學能和電能之間的轉換。電能質量監(jiān)測是測量公用電網(wǎng)供到用戶受電端的交流電能質量，包括電力系統(tǒng)電流波形畸變、電壓波動與閃變和三相不平衡等電能質量問題，氣象環(huán)境監(jiān)測功能一般由微型氣象站完成，對現(xiàn)場實時氣溫、濕度、風速、風向、氣壓、太陽能輻射量、日照時數(shù)等相關的氣象環(huán)境進行監(jiān)測。虛擬專用撥號網(wǎng)(VPDN)是與公眾互聯(lián)網(wǎng)完全隔離的虛擬專用網(wǎng)絡，具有較高的安全性，保證了電力數(shù)據(jù)可靠傳輸。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)是以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與自動化系統(tǒng)。 它可以對現(xiàn)場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。圖1是適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺結構圖，數(shù)據(jù)平臺主要由數(shù)據(jù)平臺主站、無線通訊網(wǎng)絡以及部署在光伏發(fā)電系統(tǒng)內的無線通訊模塊三部分組成。數(shù)據(jù)平臺主站系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集功能、SCADA功能以及TOB發(fā)布功能，可以對光伏信息進行采集、處理、 顯示、存儲，并通過WEB進行對外發(fā)布。無線通信網(wǎng)絡采用中國電信無線VPDN。無線通訊模塊通過VPDN與數(shù)據(jù)平臺主站進行連接，將各地光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣、環(huán)境運行數(shù)據(jù)等上送到數(shù)據(jù)平臺主站。1數(shù)據(jù)平臺主站數(shù)據(jù)平臺主站的軟件體系結構由操作系統(tǒng)、支撐平臺、應用功能共三個層次組成。 其中操作系統(tǒng)Unix/Linux/Winodws的主流通用版本，支撐平臺為各種應用功能的實現(xiàn)提供通用的支撐服務。支撐平臺提供網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)處理、圖形界面、 報表、系統(tǒng)管理、權限管理、告警、計算等通用服務功能。應用功能包括數(shù)據(jù)采集功能，SCADA 功能，WEB數(shù)據(jù)發(fā)布功能等。為了滿足以上各項功能，系統(tǒng)一般配置數(shù)據(jù)庫服務器、前置服務器、WEB服務器、監(jiān)控工作站、維護工作站等。數(shù)據(jù)庫服務器用于存放數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)定義及描述、歷史告警數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)庫采樣數(shù)據(jù)、告警信息等；前置服務器用于數(shù)據(jù)采集及預處理；WEB服務器向網(wǎng)絡提供瀏覽圖形、報表、歷史曲線、各種告警操作記錄等信息；監(jiān)控工作站提供友好的、豐富多彩的人機交互界面和監(jiān)控手段，如顯示各種畫面、報表、告警信息和管理信息；維護工作站供值班人員進行系統(tǒng)維護用，進行各種數(shù)據(jù)庫以及圖形、報表等的維護。數(shù)據(jù)平臺主站的通用服務功能如下(1)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸主要采用動態(tài)平衡雙網(wǎng)技術，對底層網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸進行封裝， 實現(xiàn)服務器和工作站各個節(jié)點之間透明的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，同時可以監(jiān)視網(wǎng)絡流量、網(wǎng)絡傳輸異常，并自動進行告警。(2)實時數(shù)據(jù)處理主要采用C/S分布式結構以及CIM數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)高效的實時數(shù)據(jù)存取和管理，為其他服務平臺的和應用功能的實現(xiàn)提供服務。(3)歷史數(shù)據(jù)處理主要的歷史數(shù)據(jù)服務包括數(shù)據(jù)的存貯、數(shù)據(jù)的復制與同步、數(shù)據(jù)的檢索、商用數(shù)據(jù)庫告警功能。(4)圖形界面服務主要的功能包括圖形編輯、圖元編輯、間隔編輯、圖形瀏覽功能。(5)通用報表服務具有全圖形的人機界面、所見即所得的電子制表功能，能方便的生成各種表格，具有報表定義編輯、顯示、存儲、打印等功能。(6)系統(tǒng)管理服務實現(xiàn)對整個系統(tǒng)中的設備、功能及權限等進行分布化管理。(7)通用權限服務按照功能、角色、用戶和屬性來構建權限體系。(8)通用告警服務當事故或計算機系統(tǒng)故障時系統(tǒng)產(chǎn)生告警，用戶可以預先定義告警事件的類別和級別以及選擇告警方式。(9)通用計算服務能夠完成用戶各種計算功能，使數(shù)據(jù)庫具有動態(tài)特性。數(shù)據(jù)平臺主站的應用功能如下(1)數(shù)據(jù)采集功能數(shù)據(jù)平臺主站通過無線通信網(wǎng)絡采集各光伏發(fā)電系統(tǒng)無線通訊模塊上傳的數(shù)據(jù)信息，通過主站內各應用系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行處理、分析和歸檔。采集的數(shù)據(jù)包括模擬量、數(shù)字量、電度量、狀態(tài)量、告警信號、動作信號以及其它非遠動類數(shù)據(jù)等。 考慮到全國各地的光伏發(fā)電系統(tǒng)建設采用的設備和通訊通道具有多樣性，通訊系統(tǒng)和通信規(guī)約也不完全相同，適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺滿足多通道、多設備以及多通信規(guī)約兼容的數(shù)據(jù)接入，兼容的通信規(guī)約包括CDT、XT9702、DL 476-92、IEClOl、IEC104以及各種通信規(guī)約的變種。(2) SCADA功能數(shù)據(jù)平臺主站采集全國各地的光伏發(fā)電數(shù)據(jù)信息，對不同類型的數(shù)據(jù)進行處理，并提供強大的腳本及編譯器功能，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計、檢索、以及考核等。同時通過曲線、棒圖和報表等畫面進行人機聯(lián)系，對全國各地的光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行進行實時監(jiān)視。此外還提供事件順序記錄功能，記錄主要設備和各類故障及保護狀態(tài)信息， 能按照廠站方式等對事件進行檢索和查詢。(3) TOB數(shù)據(jù)發(fā)布功能數(shù)據(jù)平臺主站是對外信息交互的依托平臺，可以根據(jù)用戶權限通過WEB頁面或軟件客戶端的方式登陸數(shù)據(jù)平臺主站，獲取訪問權限范圍內的各光伏發(fā)電系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)和文件資料。2無線通信網(wǎng)絡無線通信網(wǎng)絡是數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)的支撐，中國電信無線VPDN是基于中國電信的 2G/3G網(wǎng)絡，利用L2TP隧道技術為客戶的無線移動用戶構建的與公眾互聯(lián)網(wǎng)完全隔離的虛擬專用網(wǎng)絡，具有全國覆蓋范圍最廣、全國可漫游和通信數(shù)率高的特點。無線通訊模塊通過無線通信網(wǎng)絡把所有采集信息上傳到數(shù)據(jù)平臺主站?？紤]到整個系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性方面的需要，無線通信網(wǎng)絡采用租用CDMA無線專網(wǎng)VPDN的方式，能夠滿足數(shù)據(jù)平臺對現(xiàn)場數(shù)據(jù)接入信道的要求。3無線通信模塊無線通信模塊是適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺進行遠程數(shù)據(jù)采集的基礎，將來自發(fā)電系統(tǒng)的電池陣列信息、蓄電池信息、匯流箱信息、交直流配電柜信息、逆變器信息、升壓變信息、電能計量信息、電能質量監(jiān)測信息、氣象環(huán)境監(jiān)測信息等，經(jīng)由無線專網(wǎng)接入數(shù)據(jù)平臺主站，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)信息的即采即送。當發(fā)電系統(tǒng)具備計算機監(jiān)控系統(tǒng)時，可由監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一提供運行數(shù)據(jù)給無線通訊模塊。若發(fā)電系統(tǒng)不具備計算機監(jiān)控系統(tǒng)，則需要增加一套數(shù)據(jù)采集裝置，能夠采集發(fā)電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)采集裝置將數(shù)據(jù)提供給無線通訊模塊。無線通信模塊的輸入口具有串口和以太網(wǎng)口，可以靈活的選用相應的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
權利要求1.適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺，其特征在于，包括數(shù)據(jù)平臺主站、無線通訊網(wǎng)絡以及部署在光伏發(fā)電系統(tǒng)內的無線通訊模塊，數(shù)據(jù)平臺主站由GPS系統(tǒng)、監(jiān)控工作站、 維護工作站、SCADA服務器、數(shù)據(jù)服務器、TOB服務器、遠程工作站以及前置服務器通過以太網(wǎng)相互連接組成；無線通信網(wǎng)絡采用CDMA無線專網(wǎng)VPDN ；無線通訊模塊通過VPDN與數(shù)據(jù)平臺主站進行連接，將各地光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣、環(huán)境運行數(shù)據(jù)等上傳至數(shù)據(jù)平臺主站。
專利摘要適用于多光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)平臺，其主要由數(shù)據(jù)平臺主站、無線通訊網(wǎng)絡以及部署在光伏發(fā)電系統(tǒng)內的無線通訊模塊三部分組成。數(shù)據(jù)平臺主站由GPS系統(tǒng)、監(jiān)控工作站、維護工作站、SCADA服務器、數(shù)據(jù)服務器、WEB服務器、遠程工作站以及前置服務器通過以太網(wǎng)相互連接組成。無線通信網(wǎng)絡采用中國電信CDMA無線專網(wǎng)VPDN。無線通訊模塊通過VPDN與數(shù)據(jù)平臺主站進行連接，將各地光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣、環(huán)境運行數(shù)據(jù)等上傳至數(shù)據(jù)平臺主站。該數(shù)據(jù)平臺可以對不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)提供監(jiān)視和控制功能，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行情況與應用需要，可以對逆變器、配電開關等關鍵設備進行遠程控制，尤其適用于偏遠地區(qū)無人值守的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。
文檔編號H04L29/08GK202306286SQ201120397078
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者劉海璇, 華光輝, 吳福保, 姚虹春, 張新龍, 張祥文, 汪春, 董大興, 赫衛(wèi)國, 路小俊 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院