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    1　方案概述

    太陽能光伏電站主要由光伏電池陣列、匯流箱、低壓直流柜、逆變柜、交流低壓柜、升壓變壓器等組成，最后產(chǎn)生的高壓交流并入電網(wǎng)。隨著光伏發(fā)電在中國的持續(xù)建設(shè)和投入，如何提供全站設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)控和管理、視頻監(jiān)控，以及按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是電站業(yè)主和電網(wǎng)公司所共同關(guān)心的問題。

    根據(jù)市場的分析，光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)面臨的主要問題有以下幾個(gè)方面：

    （1）現(xiàn)場一般采用的是不同廠家的產(chǎn)品，現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，通訊協(xié)議不一致，如何實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)控和管理？

    （2）大型電站的測點(diǎn)數(shù)量級達(dá)萬點(diǎn)以上，如何保證數(shù)據(jù)采集的速率和準(zhǔn)確性，以及歷史數(shù)據(jù)的海量存儲、分析、查看？

    （3）將現(xiàn)場數(shù)據(jù)接入信息層時(shí)，面臨著病毒、惡意軟件的入侵，如何保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性？

    （4）分散的光伏電站各個(gè)子系統(tǒng)相互獨(dú)立，如何整合成一個(gè)統(tǒng)一的平臺以消除信息孤島？

    力控科技根據(jù)這些需求和難點(diǎn)，提出了光伏電站SCADA系統(tǒng)綜合解決方案，其SCADA系統(tǒng)作為整個(gè)電站對外、對內(nèi)數(shù)據(jù)交換的接口，對上具備解析調(diào)度指令，對下具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄分析、設(shè)備報(bào)警、Web發(fā)布等功能。同時(shí)可以根據(jù)具體項(xiàng)目的要求，對國網(wǎng)公司地方調(diào)度，或者其它如鑒衡認(rèn)證中心、北京市節(jié)能環(huán)保中心等職能機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對光伏電站完整、統(tǒng)一的本地和遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)的集中管理，給電站業(yè)主和電網(wǎng)公司提供了方便的管理。

    2　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

    2.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

    （1）可擴(kuò)展性—系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上一方面要全面滿足當(dāng)前環(huán)境下的需求及未來一段時(shí)間的應(yīng)用需求，另一方面要能方便地進(jìn)行功能擴(kuò)展，可靈活增添刪減功能模塊。

    （2）可集成性—從技術(shù)發(fā)展角度和用戶需求來看，軟件結(jié)構(gòu)本身應(yīng)能與其它應(yīng)用系統(tǒng)集成，做到信息共享和資源共享。

    （3）互操作性—支持各種主流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，并通過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口(ODBC，OLE DB)實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。平臺的開放性保證了今后可從生產(chǎn)管理系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)模塊中裁剪不同的功能，以滿足某個(gè)特定任務(wù)的需要，實(shí)現(xiàn)互操作。

    2.2　設(shè)計(jì)規(guī)范

    下列文件對于本方案的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本方案。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

    GB/T 12325—2008 電能質(zhì)量 供電電壓偏差
    GB/T 12326—2008 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變 
    GB/T 13729—2002 遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備
    GB/T 13730—2002 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)
    GB/T 14549—1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波
    GB/T 15543—2008 電能質(zhì)量 三相電壓不平衡
    GB/T 15945—2008 電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差
    GB/T 19939 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求
    GB/Z 19964 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定
    GB/T 20046—2006 光伏(PV)系統(tǒng) 電網(wǎng)接口特性
    GB 50217 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范
    JB/T 5777.2—2002   電力系統(tǒng)二次電路用控制及繼電保護(hù)屏（柜、臺）通用技術(shù)條件
    DL/T 634.5101   遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng) 第5-101部分：傳輸規(guī)約 基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)
    DL/T 634.5104   遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng) 第5-104部分：傳輸規(guī)約 采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議集的IEC 60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問
    DL/T 667   遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng) 第5部分：傳輸規(guī)約 第103篇：繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)
    DL/T 5136—2001 火力發(fā)電廠、變電所二次線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
    DL/T 5137—2001 電測量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
    DL/T 5149   220 kV～500 kV變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

    3　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

    本方案中包括三個(gè)核心部分，分別是調(diào)度中心、站控和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。力控光伏電站SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心完成了對分散的光伏電站子系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)的采集存儲、歷史備份、WEB發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了光伏電站的遠(yuǎn)程運(yùn)營與維護(hù)。站控系統(tǒng)完成的是本地光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并且為調(diào)度中心提供數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)的集中采集以及安全提供了保障。

    3.1　光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖1所示）

                    
                                  圖1 光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    3.2　光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)特點(diǎn)

    整體方案架構(gòu)體系包括五層：現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、站控層、調(diào)度層和信息層，整體采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

    （1）現(xiàn)場設(shè)備層由逆變器、配電與計(jì)量設(shè)備、匯流箱、氣象監(jiān)測儀、電池板組件、變壓器等組成。

    （2）站控層由監(jiān)控主機(jī)（配組態(tài)軟件ForceControl）、采集網(wǎng)關(guān)pFieldComm組成，提供子站所有設(shè)備的接入、監(jiān)控和管理、視頻監(jiān)控，以及將數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度層。

    （3）網(wǎng)絡(luò)層由現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)線路等構(gòu)成，提供全站運(yùn)行和監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)與通信。

    （4）調(diào)度中心由實(shí)時(shí)歷史服務(wù)器（配實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫pSpace）、Web服務(wù)器、打印機(jī)等組成，實(shí)現(xiàn)對分散的光伏電站子系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)的采集、歷史數(shù)據(jù)存儲、WEB發(fā)布等。

    （5）信息層由WEB客戶端、手機(jī)客戶端、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器、安全網(wǎng)關(guān)（pSafetyLink）等組成，使用者可以對自己關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和管理，并且能保證調(diào)度層系統(tǒng)的安全性。

    4　系統(tǒng)平臺選型

    4.1　光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心平臺選型

    基于方案設(shè)計(jì)以及需求分析，光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心平臺推薦使用力控企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫pSpace，這是一款高性能、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨平臺的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時(shí)具備以下特點(diǎn)：

    （1）海量的數(shù)據(jù)存儲，單節(jié)點(diǎn)支持百萬級測點(diǎn)，適用測點(diǎn)多的環(huán)境，以及針對電站分布廣的特點(diǎn)做集中管理。 

    （2）豐富的設(shè)備采集接口，支持主流DCS、PLC、DDC、現(xiàn)場總線、智能儀表等設(shè)備，并提供驅(qū)動(dòng)定制，適合現(xiàn)場設(shè)備種類多的情況。 

    （3）支持變量在線組態(tài)，滿足現(xiàn)場隨時(shí)增加測點(diǎn)的需求。
 
    （4）開放式架構(gòu)，可任意組建應(yīng)用模式，支持C/S、B/S架構(gòu)，并且提供豐富的客戶端應(yīng)用工具。

    （5）具有豐富的數(shù)據(jù)接口Phi，它是一種用來在pSpace實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫以及關(guān)系數(shù)據(jù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲的工具，它能夠方便的將pSpace中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并轉(zhuǎn)存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，從而減少了歷史查詢給pSpace性能帶來的壓力，并為上層分析功能應(yīng)用提供了一個(gè)新的查詢歷史數(shù)據(jù)入口，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)能更方便的被上層應(yīng)用所用。

    （6）具備協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)功能，即可以根據(jù)規(guī)范，如《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，將數(shù)據(jù)上傳。

    4.2　光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)安全平臺選型

    在提供web瀏覽以及數(shù)據(jù)上傳轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，面臨著病毒、惡意軟件的入侵，為了保障光伏發(fā)電SCADA系統(tǒng)的安全性，使用力控的安全網(wǎng)關(guān)pSafetyLink，其雙獨(dú)立主機(jī)系統(tǒng)分為控制端和信息端，分別接入過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)兩主機(jī)之間采用PSL專用網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)，在保證數(shù)據(jù)快速交互的同時(shí)徹底阻斷了網(wǎng)絡(luò)的連接，保證了站控層過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全。

    4.3　光伏發(fā)電站控系統(tǒng)平臺選型

    站控系統(tǒng)可以分為有人值守和無人值守，其共同特點(diǎn)是都需要采集本地的數(shù)據(jù)，并且把數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到調(diào)度中心，不同點(diǎn)在于有人值守需要做本地采集顯示，歷史數(shù)據(jù)的存儲分析等。

    4.3.1　有人值守站控系統(tǒng)平臺選型

    有人值守站控系統(tǒng)選擇監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl其特點(diǎn)如下：

    （1）用戶界面友好，功能模塊化，組態(tài)方便。

    （2）可支持IEC101、IEC103、IEC104、ModBus-RTU、ModBus-TCP、CAN2.0 等標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，并且具備支持其他廠家特殊規(guī)約的開發(fā)能力，例如南瑞、南自等。

    （3）數(shù)據(jù)采集通訊控制單元支持接口類型包括RS-232、RS-485、CAN2.0、ModBus-RTU、ModBus-TCP，通過規(guī)約轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)；

    （4）系統(tǒng)異常信息實(shí)時(shí)告警，并提供多種告警方式，同時(shí)將報(bào)警信息進(jìn)行存儲；

    （5）豐富的報(bào)表和曲線展示，軟件支持報(bào)表打印、導(dǎo)出等功能；

    （6）軟件可支持Web 訪問及發(fā)布功能。

    4.3.2　無人值守站控系統(tǒng)平臺選型

   無人值守的環(huán)境一般比較偏僻或者惡劣，推薦使用力控的采集網(wǎng)關(guān) pFieldComm。