一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统的制作方法

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统。

背景技术：

近年来，随着国家对光伏发电产业的扶持，相关技术进步和成本下降速度明显加快，光伏发电建设规模也不断扩大。

分布式光伏发电站是指位于用户附近，所发电能就地利用，以10千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6兆瓦的光伏发电系统。分布式光伏发电站通常依附于相应的设施建构筑物，位于负荷中心附近，所产生的电力就近接入用户内部电网或当地电网进行消纳。

目前，分布式光伏电站仅具备本地监控系统，实现了光伏组件串、逆变器、汇流箱和并网点的电量、非电量信息的采集与监控，并具备简单的应用功能，包括数据的浏览、报表生成、历史数据查询等，这些功能只能做到事后的故障分析与处理，从而给分布式电站的运营维护带来很大的不便。

另外，随着分布式光伏电站数量的增多，由于电站的位置随机、分布面广等问题，并网配套设施与条件非常有限，依靠传统的各个分布式光伏发电具备的独立的监控系统，无法满足大规模的多个分布式光伏电站的集中管理需求，给运营维护带来很大的不便。

图1为现有的分布式光伏电站的监控系统的结构方框图。对于现有的分布式光伏电站的监控系统，其具有以下的缺点：

1、定位较低，缺少对海量数据的深入挖掘，应用功能过于单一。

2、监控系统相互独立，多个分布式光伏电站的设备台账、设备运行状态、发电量等分散在多个监控系统中，缺少信息的集中管理和信息共享。

3、部分分布式光伏电站通过传统的光缆连接能够实现接入集中控制系统，但由于光缆路径复杂、敷设困难，造成建设费用高昂。

因此迫切需要开发出一种技术，其能够对大规模的多个分布式光伏电站的数据信息进行采集和有效监控，方便用户对分布式光伏电站的管理，提高对分布式光伏电站的管理质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，其能够对大规模的多个分布式光伏电站的数据信息进行采集和有效监控，方便用户对分布式光伏电站的管理，有利于提高对分布式光伏电站的管理质量，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，包括一个光伏电站集中监控主站和多个分布式光伏电站就地监控系统，其中：

每个分布式光伏电站就地监控系统，分别用于采集其所在分布式光伏电站的运行状态信息，然后通过预设的通信方式，上传给光伏电站集中监控主站；

光伏电站集中监控主站，与多个分布式光伏电站就地监控系统分别通过预设的通信方式相连接，用于接收每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息，并实时进行存储和监控。

其中，每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息，具体包括：分布式光伏电站中光伏组件串的电流、汇流箱的输出电压以及逆变器具有的直流电压、电流、交流电压、交流电流、功率因数、当前发电功率、日发电量和累计发电量信息，以及包括变压器在内的预设并网电气设备的电压、电流和功率状态信息。

其中，所述预设的通信方式，包括光纤通信、无线网络通信、internet公网通信和电力无线专网中的一种或者多种。

其中，所述光伏电站集中监控主站包括光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、internet前置采集装置、核心交换机、存储设备以及数据处理和分析服务器，其中：

光纤前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息；

无线网络前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经无线网络通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息；

internet前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息；

核心交换机，分别与光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、internet前置采集装置、存储设备以及数据处理和分析服务器相连接，用于构建光伏电站集中监控主站内部进行信息交换的物理通道；

存储设备，用于实时接收并存储每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息；

数据处理和分析服务器，用于对每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，实时进行监控管理。

其中，所述光伏电站集中监控主站，还包括云平台，通过核心交换机与存储设备相连接，用于读取并存储所述存储设备所存储的每个分布式光伏电站就地监控系统上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息。

其中，所述数据处理和分析服务器，具体用于分析判断每个分布式光伏电站的运行状态信息是否位于预设的对应运行状态信息数值区间内，如果不是，判定该运行状态信息存在异常，实时向用户发出报警提示，如果是，则判断该运行状态信息正常。

其中，所述分布式光伏电站就地监控系统和光伏电站集中监控主站，分别部署无线通信模块，并且该无线通信模块与运营商分配的专用vpn无线局域网相连接。

其中，所述分布式光伏电站就地监控系统和光伏电站集中监控主站，分别部署调制解调器，并且两端分别连接到internet网络。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，其能够对大规模的多个分布式光伏电站的数据信息进行采集和有效监控，方便用户对分布式光伏电站的管理，有利于提高对分布式光伏电站的管理质量，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为现有的分布式光伏电站的监控系统的结构方框图；

图2为本发明提供的一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统的结构方框图；

图3为本发明提供的一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统中具有的分布式光伏电站集中监控主站的硬件结构方框图；

图4为本发明提供的一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统中具有的分布式光伏电站集中监控主站的软件架构示意图；

图5为本发明提供的一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统中具有的每个分布式光伏电站就地监控系统的结构方框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图4，本发明提供了一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，包括一个光伏电站集中监控主站和多个分布式光伏电站就地监控系统，其中：

每个分布式光伏电站就地监控系统，分别用于采集其所在分布式光伏电站的运行状态信息，然后通过预设的通信方式，上传给光伏电站集中监控主站；

光伏电站集中监控主站，与多个分布式光伏电站就地监控系统分别通过预设的通信方式相连接，用于接收每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息，并实时进行存储和监控。

在本发明中，所述每个分布式光伏电站就地监控系统发来的所在分布式光伏电站的运行状态信息可以根据用户的需要进行设置，例如可以包括分布式光伏电站中光伏组件串、逆变器、汇流箱和并网点(如变压器)具有的电量、非电量信息，具体包括：分布式光伏电站中光伏组件串的电流、汇流箱的输出电压以及逆变器具有的直流电压、电流、交流电压、交流电流、功率因数、当前发电功率、日发电量和累计发电量等信息，以及包括变压器在内的预设并网电气设备的电压、电流和功率等状态信息。

在本发明中，所述预设的通信方式，包括光纤通信、无线网络通信、internet公网通信和电力无线专网中的一种或者多种，当然，根据用户的需要以及实际分布式光伏电站的工作环境，还可以选择其他的通信方式。

需要说明的是，对于本发明，基于电力无线专网或其他的无线专网，作为补充的通信方式，也可以实现无线网络的数据上传功能。

在本发明中，每个分布式光伏电站就地监控系统，参见图5所示，包括光伏发电设备数据采集模块、通信管理机、以太网交换机和就地监控服务器。

其中，光伏发电设备数据采集模块，其由传感器、控制器等其它单元组成，安装在现有的光伏发电设备中，用于通过电压、电流等传感器，来采集光伏发电设备的电压、电流等状态信息。

通信管理机，其具有多个下行通讯接口及一个或多个上行网络结构，用于将电站中汇流箱、逆变器等设备的通讯数据整理汇总，实时上传至分布式光伏电站就地监控系统(具体为其中的就地监控服务器)。

以太网交换机，其具备能同时连通多对端口，用于构建分布式监控系统的局域网，使每一个端口的光伏发电设备都能直接就地监控服务器相连，相互之间独立通信，互不影响。

就地监控服务器，其是提供计算服务的设备，并具备一定存储能力，是分布式光伏电站就地监控系统的硬件基础，实现光伏电站设备电压、电流等信息的实时分析与计算。

在每个分布式光伏电站就地监控系统中，光伏发电设备数据采集模块通过电压、电流传感器等采集汇流箱、逆变器的电压、电流等状态信息，多个汇流箱、逆变器分别采用串接方式接入通信管理机，通信管理机将汇流箱、逆变器等设备的通讯数据整理汇总，实时通过以太网交换机构建的局域网上传至就地监控服务器，从而实现就地监控系统对分布式光伏电站的监控。

在本发明中，具体实现上，光伏发电设备数据采集模块，可以采用是德科技公司生产的34970a数据采集模块。

具体实现上，通信管理机，可以采用上海民赛电气有限公司生产的mts-9000系列通讯管理机。

具体实现上，以太网交换机，可以采用普联(tp-link)公司生产的tl-sg1008m8口千兆交换机。

具体实现上，就地监控服务器，可以采用华为(huawei)公司生产的rh2288hv3就地监控服务器。

在本发明中，所述光伏电站集中监控主站，其硬件架构如图3所示。

所述光伏电站集中监控主站包括光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、internet前置采集装置、核心交换机、存储设备以及数据处理和分析服务器，其中：

光纤前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；

无线网络前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经无线网络通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；

internet前置采集装置，用于采集分布式光伏电站就地监控系统经internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)；

核心交换机，分别与光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置、internet前置采集装置、存储设备以及数据处理和分析服务器相连接，其作为光伏电站集中监控主站的核心设备，用于构建光伏电站集中监控主站内部进行信息交换的物理通道；

存储设备(例如硬盘)，用于实时接收并存储每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，实现对历史数据库的缓存，为历史数据发布至云存储平台和本地应用提供支撑；

数据处理和分析服务器，用于对每个分布式光伏电站就地监控系统经光纤专网通信方式、无线网络通信方式以及internet公网通信方式上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，实时进行监控管理。具体负责分布式光伏电站的数据处理、操作与控制、事故反演、权限管理、报表管理、系统运行工况监视等功能；

需要说明的是，光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置和internet前置采集装置，均具有系统时钟和对时的功能。

在本发明中，具体实现上，所述数据处理和分析服务器可以包括至少一台计算机pc。

需要说明的是，光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置和internet前置采集装置，都可以通过现有的服务器来实现对应的功能。它们的通俗的名称可以都是服务器，只是根据具体的应用功能进行了称呼。

具体实现上，光纤前置采集装置、无线网络前置采集装置和internet前置采集装置，其均可以是华为(huawei)公司生产的rh2288hv3就地监控服务器。

需要说明的是，对于本发明，数据处理和分析服务器为了实现对每个分布式光伏电站包括的每个运行状态信息进行监控管理，具体用于分析判断每个运行状态信息是否位于预设的对应运行状态信息数值区间内，如果不是，判定该运行状态信息存在异常，实时向用户发出报警提示(例如通过液晶显示屏或者报警器)，如果是，则判断该运行状态信息正常。因此，能够实现对分布式光伏电站的运行状态信息的监控和管理。

例如，当一个分布式光伏电站的运行状态信息为变压器的电流时，如果该电流值超过预设的数值区间，那么判断变压器存在故障(例如短路)，导致电流值过大。

在本发明中，具体实现上，对于本发明提供的光伏电站集中监控主站，还包括云平台(例如为云端服务器)，通过核心交换机与存储设备(例如硬盘)相连接，用于读取并存储所述存储设备所存储的每个分布式光伏电站就地监控系统上传的、所在分布式光伏电站的运行状态信息，即负责光伏电站集中监控主站中本地化数据的云存储。

在本发明中，对于本发明提供的光伏电站集中监控主站，其软件架构如图4所示，图4为分布式光伏电站集中监控主站的软件架构示意图。

参见图4所示，光伏电站集中监控主站的软件架构由系统支撑平台和应用软件组成，其中，应用软件包括分布式电站运行监控与运行状态管控等应用。系统支撑平台为分布式光伏电站的应用功能的开发、运行和管理提供通用的统一技术支撑，为整个系统的集成和高效可靠运行提供保障，主要包括数据管理、协同管控、多态应用、权限管理、告警服务和报表管理等。运行监控功能包括数据采集与处理、操作与控制、拓扑分析、综合告警分析、事故反演及扩展应用；运行状态管控功能包括故障分析、光功率预测、终端管理、设备缺陷管理、信息共享与发布和环境状态监测等。

在本发明中，需要说明的是，分布式光伏电站集中监控的通信方式包括光纤通信、无线网络和internet公网通信等方式。无线网络和internet公网的通信方式，能够解决分布式光伏电站信息上传至集中监控主站的光缆的建设问题。

其中，为了实现无线网络通信方式，需在分布式光伏电站就地监控系统和光伏电站集中监控主站，分别部署无线通信模块，并且该无线通信模块与运营商分配的专用vpn无线局域网相连接，因此，通过运营商分配的专用vpn无线局域网，实现分布式光伏电站就地监控系统所在的分布式光伏电站的运行状态信息(包括实时与非实时数据信息)的上传。

其中，为了实现internet公网通信方式，需在分布式光伏电站就地监控系统和光伏电站集中监控主站，分别部署调制解调器，并且两端分别连接到internet网络上后，通过tcp/ip协议来进行数据传输。

基于以上技术方案可知，对于本发明提供的基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，其是一种新型的分布式光伏集中监控系统，能够对大规模分布式电站的海量数据深入挖掘，从而最终实现分布式电站实时运行信息的监视和设备控制、状态估计、潮流计算、光伏发电功率预测等功能，能够有效解决分布式电站的信息孤岛、功能单一的问题。本发明通过采取无线网络通信、internet公网通信等混合通信方式，将大规模的多个分布式光伏电站接入本发明的分布式光伏集中监控系统，实现安全可靠、方便的数据通信，从而解决了现有光纤通信方式的光缆路径复杂及敷设困难等问题，节约了建设成本。

需要说明的是，对于本发明，其能够通过构建统一的集中监控平台，来完成大规模分布式光伏电站的实时运行状态的有效监控、分析故障信息、综合管理等功能。

与现有技术相比较，本发明的技术方案，具有以下的有益技术效果：

1、本发明的通信方式采用了无线网络、internet公网和光纤通信等混合通信方式，在光缆路径复杂和敷设困难的地区，采用无线网络、internet公网通信方式，实现了分布式光伏电站就地监控系统的数据及相关信息上传至集中监控系统，能够减少光缆路由协调和施工难度，避免了采用光纤通信方式造成的光缆路径复杂和施工难度大的问题，节约了投资，提高了系统的经济型；

2、本发明的集中监控主站，通过对大规模分布式光伏电站的海量数据的深度挖掘，能够实现综合告警分析、光功率预测、运行指标分析等功能。

3、本发明采用开放式的体系结构，提供开放式环境，支持多种硬件的扩展，为系统的进一步扩容提供了可能。

4、鉴于分散式风电具有与分布式光伏发电相同的特点，如电站的位置随机、分布面广等，因此，本发明还可以应用于分散式风电站的集中监控中。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种基于混合通信方式的分布式光伏集中监控系统，其能够对大规模的多个分布式光伏电站的数据信息进行采集和有效监控，方便用户对分布式光伏电站的管理，有利于提高对分布式光伏电站的管理质量，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。