圖1：光伏監控後臺

1 概述

當今世界，煤炭、石油等化石能源頻頻告急，環境汙染問題日益嚴峻。而太陽能作為最具潛力的可再生能源，因其儲量的無限性、存在的普遍性、利用的清潔性以及實用的經濟性，越來越被人們所青睞。大力發展光伏產業、積極開發太陽能，在全球範圍得到了空前重視，已成為各國可持續發展戰略的重要組成部分。光伏產業也稱太陽能電池產業，即利用太陽能級半導體電子器件吸收太陽光輻射能，並使之轉換為電能的產業。

2 光伏電站監控物件

光伏電站主要由光伏陣列、匯流箱、低壓直流櫃、逆變櫃、交流低壓櫃、升壓變壓器等組成，最後產生的高壓交流併入國家電網。針對每個環節電力引數檢測的需要，需要對於匯流箱、直流櫃及交流櫃中等電氣裝置進行資料採集，把各個環節的資料打包上傳至後臺，監控系統實現後臺集中監控。透過實時監測和控制，透過各種樣式的圖表及資料快速掌握電站的執行情況，確保了太陽能光伏發電系統的完全可靠和穩定執行。

3 監控系統架構

整個監控系統可分為智慧子站、規約轉換、監控後臺3個層次，其樹狀圖如圖所示。

圖2：監控系統架構

從圖可以看出光伏電站監控系統的後臺透過乙太網基於IEC60870-5-104規約可以與多臺通訊管理機建立通訊，而1臺通訊管理機透過IEC60870-5-104規約（或Modbus規約及廠家自定義規約）可以與多臺智慧裝置建立通訊。這樣的架構為監控系統後臺對全站裝置的管理提供通訊支撐。

在大型地面電站中，通常智慧子站層對應箱變發電、規約轉換層對應開關站、監控後臺對應監控室。

4 計算機監控系統設計

光伏方陣場計算機監控系統設計原則:

1)光伏場區監控納入升壓變電站計算機監控系統。

2)計算機監控系統光伏場區部分實現光伏場區裝置(包括光伏陣列、匯流箱、逆變器、升壓變等)的控制、保護、測量，以及訊號的採集和上傳。

4.1 監控系統網路設計

光伏場區內每個2.5MW或3.125MW逆變升壓單元為一個監控單元，根據光伏場區內各逆變升壓單元的分佈位置，將全部逆變升壓單元劃分為若干個區域，每個區域內的監控單元組成環網結構。

現場監控單元環網交換機之間、現場環網交換機與升壓變電站二次裝置室網路通訊櫃中環網交換機之間均透過光纖介質連線。

匯流箱一般採用RS485通訊介面、匯流排通訊方式，通訊介質採用遮蔽雙絞線(若採用直埋敷設，則需要採用鎧裝遮蔽雙絞線)。遮蔽雙絞線的截面積根據匯流排的長度和連線的裝置數量確定，可參考表1。

表1：RS485通訊方式下通訊距離、數量裝置與通訊線規格之前的關係

RS485匯流排不支援環形或星形網路，如果採用如圖1-1中a、b、c的不正確連線方式，儘管在某些情況下(如距離短、速率低、干擾小等)仍然可以正常工作，但隨著通訊距離的延長或通訊速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，甚至發生通訊故障，主要原因是訊號在各支路末端反射後與原訊號疊加，造成訊號質量下降。

為此，最好採用終端匹配的匯流排型結構拓撲結構，用一條單一、連續的訊號通圖1-1RS485通訊網路拓撲圖道匯流排將各個節點串接起來，從匯流排到每個節點的引出線長度應儘量短，以便使引出線中的反射訊號對匯流排訊號的影響最低。如圖3中d、e、f的連線方式。

圖3:RS485通訊網路拓撲圖

4.2 監控系統裝置配置設計

每個逆變升壓單元一般配置1面測控裝置，主要包括現場環網交換機、規約轉換裝置和公用測控裝置等。逆變升壓單元的網路系統圖見圖1-2。其中，匯流箱智慧裝置、直流櫃智慧裝置、逆變器智慧裝置等透過通訊線接入規約轉換裝置；公用測控裝置完成對低壓斷路器櫃、高壓負荷開關櫃和變壓器等裝置的控制和採集。

圖4:光伏發電單元網路系統圖

4.3 監控系統功能

（1）規約轉換。將匯流箱、直流櫃、逆變器等裝置的通訊規約轉換成與變電站監控系統相同的規約。

（2）資訊的上傳下達。將匯流箱、直流和逆變器等裝置的資訊上傳至變電站監控系統，同時接受變電站監控系統的指令實現對逆變器的控制。

（3）低壓開關櫃、升壓變壓器和高壓側負荷開關櫃的資訊採集和控制。

狀態訊號包括升壓變壓器高壓側負荷開關分合閘狀態、低壓側斷路器分合閘狀態、逆變升壓單元門位置狀態。

報警訊號包括升壓變壓器非電量報警(即溫度高報警，若為油浸式變壓器，還有壓力釋放報警和瓦斯報警)以及升壓變壓器高壓側熔斷器熔斷報警等。

控制訊號包括低壓側斷路器的分合控制、高壓側負荷開關的分合控制等。

（4）對時功能，具有接受時鐘對時的功能，一般採用網路對時。

（5）對外介面，計算機監控系統光伏場區部分透過光纜與計算機監控系統升壓變電站內網路裝置進行連線。