光伏电站监控系统及数据分析

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1、光伏电站监控系统及数据分析摘要:本文介绍了光伏电站监控系统的组成部分及各部分功能，通过分析实测试验光伏电站并网运行的数据，描述了光伏电站电能的基本输出特性，指出光伏电站运行状态对电网产生的影响，对了解掌握光伏电站的运行状况和优化设计... 引　言：在能源短缺，环境污染日益严重的今天，合理利用清洁的可再生能源是世界各国政府的能源战略决策，其中太阳能光伏发电备受瞩目，然而许多太阳能光伏电站建成以后疏于管理，各方人员对电站的运行性能知之甚少。了解太阳能光伏发电系统的即时和历史运行状态(输出电压、输出功率、频率、日发电量等)，可以进行设计方案

2、的技术评估，对光伏电站的设计具有极为重要的意义[1,2,3]。　　1.光伏电站监控系统简介　　光伏电站监控系统主要分三大网络架构，包括电站层、通信层、主站层。整个系统由四大模块组成：数据采集模块、通信模块、数据服务模块、数据交换模块。并网光伏电站检测系统结构图如图1。　　数据采集器由数据采集装置和通信模块组成，数据采集器与下级的各个子系统之间采用RS485通信协议，通信方式可以采用有线电话拨号网络、光纤和无线GSM、CDMA、GPRE、VHF、北斗卫星等多种方式。本实验中使用无线通信方式，无线数据采集器带有GPRS通讯模块，内置有SI

3、M卡。　　理论上，GPRS的带宽可达171.2Kbps，在实际应用中，带宽大约在10~100Kbps，在此信道上提供TCP/IP连接，本光伏电站监控系统所用GPRS的联接波特率为4800~19.2Kbps，数据采集间隔标准一般为5min。有线数据采集器中带有以太网通讯模块。数据采集器的终端模块通过网络将数据发送到数据服务中心，由此完成系统的数据通信部分。　　图1并网光伏电站监测系统结构图　　数据服务中心在接受到数据以后，可以先存入后台数据库，对数据进行处理和分析后，下发到客户端。数据服务中心同时监听在线客户端的查询请求，执行客户端的控

4、制命令，直至将命令传达至光伏设备。　　监控客户端将当前的设备数据用实时曲线展现，也可生成数据报表，同时客户端还具有用户权限管理、报警和提醒、状态监控、历史数据存储和调用、通讯设置等功能。　　2.光伏电站基本运行数据分析　　以江苏地区某10kW并网光伏电站为例，根据实测数据对此实验光伏电站的电能输出特性进行分析。实验光伏电站的主要部件有太阳电池组件45块(标称功率235Wp，支架倾角26度)、交直流汇流箱各一个、SMA逆变器(10Kw)一台、气象站一个、电表一只，监测仪器主要有数据采集器、数据服务器、通信服务器、WEB服务器、电能质量在

5、线分析仪等。　　一天中太阳辐照度的变化具有幅度大、随机等特性，这就决定了光伏发电系统的输出功率随时间的变化非常显著，典型趋势见图2—图3。　　图2晴天时光伏发电系统输出功率随时间的变化　　图3阴天时光伏发电系统输出功率随时间的变化　　从上图可以看出，光伏发电系统的输出功率受太阳辐照度的影响非常明显。在阴雨天时，有时变化速率可超过10%额定功率/秒。光伏发电系统的输入能量取决于太阳辐照度，故光伏电站的有功功率具有不完全可控的特性。光伏电站不能有效地进行电网的电压和频率的调整任务，而且由于光伏电站输出功率的快速波动，电网中需要有足够的旋转

6、备用容量来快速补偿光伏发电输出功率的波动。当大容量的光伏电站接入电网后，对电网运行的安全性和经济性产生一定的影响。   下面以实测数据进行分析(图4—图8)。图4是实验光伏系统输出功率与太阳辐射量的关系图。　　图4光伏电站的输出功率与太阳辐照度的关系　　从图中可以看出，光伏电站的交流发电功率和太阳辐照度具有很好的一致性[4]，即光伏电站输出电能的主要影响因素是太阳辐照度。太阳辐照度的最大值出现在12:58，数值为933W/m2，此时逆变器输出功率为9.48kW，接近但不是最大输出功率，电站最大输出功率出现在12:27，数值为9.51k

7、W。图5组件温度变化图　　这是由于12:58时太阳辐照度最大，但组件的温度也相对较高，达到23.13℃(见图5)，而12:27时的太阳辐照度虽不是最高，但此时温度为19.43℃，组件的电压随温度的升高而下降较为明显，故光伏电站的最大输出功率并不一定出现在太阳辐照度最大时。　　逆变器是光伏发电系统关键设备之一，逆变器的性能直接影响光伏电站输出电能的大小和质量。图6是晴天时一天中逆变器效率的变化趋势，从图中可以看出，在逆变器启动阶段，逆变器效率在86%左右，远低于正常工作时的转换效率。随着太阳辐照度的增加，逆变器效率急剧增大，在上午8:时

8、左右，逆变器进入正常工作状态，逆变效率保持相对的稳定值。在下午17时左右，逆变器效率急剧下降，当逆变效率降至75%左右逆变器停止工作。在阴天时的起始阶段，由于天气的影响，逆变器可能时断时续的启动，逆变效率总体趋势和晴天时