光伏电站监控设备的统一管理平台建设项目可行性研究报告.docx

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光伏电站监控设备的统一管理平台建设项目可行性研究报告

光伏电站监控设备的统一管理平台建设项目可行性研究报告

1.项目概述

随着规模性的太阳能电站在中国开始陆续建设和投入运行，如何实时了解电站的运行状况，如何满足上一级系统或电网调度系统的监控需求，是电站业主和电网公司所共同关心的问题。

而现有光伏电站监控系统主要由逆变器厂商随设备提供，主要从本厂逆变器出发，对电站运行的一些参数进行监测，难以或不能直接控制逆变器的运行状态，亦无法获取电站中的其它设备的信息及控制这些设备，更无法满足电网调度系统对电站的实时监控要求。

另外，大型电站均会采用不同厂商的产品，这些不同厂商的产品彼此无法兼容，造成一个个“孤岛”系统，无法形成统一的监控体系。

因此，迫切需要一套统一的监控平台，能够对不同厂商、不同类别、不同型号的逆变器及其它设备进行管理，实现对光伏电站完整、统一的实时监测和控制。

2.总体目标

◆建设光伏电站监控设备的统一管理平台

实现电站设备的统一运行监控，数据的集中管理，给运行人员、检修人员、管理人员等提供全面、便捷、差异化的数据和服务；

成为电站设备的承载系统，为电站设备的规划、新设备的接入提供载体；

建立统一的数据库，为监控平台和其他各种专业监控系统提供数据服务。

◆整合各类监测数据，实现对不同人员的差异化服务

对运行人员、管理人员、检修人员、领导等不同人员提供不同的用户界面、展现方式、数据信息等。

在各类人员登录后，即可看到各自最关心的内容，提供差异化服务；

为运行人员提供设备的状态信息、告警信息、实时数据等数据应用服务；

为管理人员提供各类监测数据的统计、变化趋势、状态信息等应用服务；

为检修人员提供告警信息、变化趋势、故障录波数据等应用服务。

3.设计原则

本系统在设计上坚持以下原则：

（1）完整性

-业务数据完整性：

系统能够完成不同厂商不同种类不同型号设备的监测数据统一完整采集。

-业务流程完整性：

系统能够提供实时数据、周期采样数据、事件数据的应用服务。

（2）规范性

-系统建设遵循有关国家标准、国际标准、电力行业有关标准。

-制定或完善相关标准规范，确保监测设备、监测数据通讯的规范性。

-界面设计遵循有关界面设计规范。

（3）扩展性

-硬件扩展性：

系统能够广泛适配新接入监测设备的通信接口。

-软件扩展性：

软件功能模块应可重用、可配置、可拆卸。

（4）开放性

-系统能够同各类专家系统进行数据信息交换。

-系统能够与电网调度等系统进行数据信息交换。

（5）集成性

-能够集成环境、安防、电能量、电能质量等监测数据，分类处理，分类存储，统一界面显示监测数据。

（6）可操作性

-界面友好，操作方便，注重用户体验。

4.系统架构

4.1.总体架构

为了解决监测设备分散独立、无法进行远程集中监控和诊断的问题，本系统接入所有的光伏电站在线监测设备，进行设备统一管理，设备运行数据统一采集、查看和分析，提供综合全面的运行状态监测、数据查询分析、设备运行管理。

为实现设备的动态扩展接入，系统应能实现在不进行二次开发的情况下即能完成新增监控设备的接入。

设备数据接入后进行分级存储，分类汇总统计，利用监测数据和事件信息，可以实现电站设备的集中远程监控，也可以为故障诊断提供技术手段和数据支持，亦为电站管理提供全面的统计数据和各类报表。

监测数据按数据类型和应用特性分类存储，实现不同层面和不同人员关注不同的信息。

同时各级数据可自上而下进行追溯。

总体架构

系统分为4个层次实现：

应用层、服务层、设备驱动层、数据层，每个层次负责各自的处理，最终通过组合形成使用者可使用的系统功能。

应用层负责与使用者进行交互，它负责将使用者所需数据以直观、合理的方式按照使用者的需要展现给使用者，并记入使用者的输入信息或操作指令，以传递给服务层进行处理；

服务层负责进行业务的实际处理、数据运算、处理流程的控制；

设备驱动层负责与设备进行通讯，从设备中获取数据，并进行解析，转换成系统能够识别的数据格式；同时，还提供以上的逆向处理，即将系统希望发送给设备的信息组织成设备能识别的格式并传送给设备。

4.2.应用架构

系统整体设计方案采用SOA（面向服务架构）设计思想，自下而上提供应用服务。

下层应用不需关心上层应用的逻辑，只需提供本层应用的数据接口，所有交互由上层应用发起。

采用SOA为监控系统的分层应用提供很好的扩展性，也为本系统外的其他应用提供了不同级别的数据服务和功能接口。

一体化监控平台的核心应用是数据分类处理与分层应用，解决不同设备监测数据及应用的差异化需求，具体包括：

实时数据与应用、周期采样数据与应用、事件数据与应用。

监测数据分层应用架构如下图：

图1.应用架构图

◆分类架构

三类数据与应用基本都包括分类采集、分类存储、分类处理、分层应用四部分。

◆实时数据与应用

设备驱动层通过设备进行状态数据的实时性采集，采集的实时数据进行分类存储后，最后通过实时应用服务向运行人员提供状态监控，告警处理、实时数据显示等应用服务。

◆周期采样数据与应用

设备驱动层通过设备进行运行数据的周期性采集，采集的周期采样数据进行分类存储后，然后进行格式化规约处理，最后通过运行分析应用服务向技术管理人员和领导提供运行分析、健康预测、在线评估、在线预警、报表分析等服务。

4.3.物理架构

系统组网设计如下，组网架构主要包括一体化监控平台、监测设备、通讯设备、以及各系统/设备的连接方式。

所有监控设备统一接入INTERNET，对于没有提供RJ45接口的设备，使用RS485/232→TCP/IP转换器适配接入。

平台和数据库集中部署于监控平台服务器，对平台的不同层（应用层、服务层、设备驱动层）或服务层中的不同服务亦可以根据需要进行分布式部署。

平台的设备驱动层通过INTERNET采集各设备的监测信息并发送控制指令，各工作人员在PC机上通过INTERNET访问本平台。

由于平台的不同层（应用层、服务层、设备驱动层）或服务层中的不同服务均支持分布式的部署，因此，当由于监控设备太多而使得监控平台服务器性能无法满足使用要求时，可以将它们重新组合部署，尽可能地增加系统的可扩展性，最大程度的保护业主的投资。

5.系统功能

5.1.应用层功能

5.1.1.运行监测

运行监测用于监测电站及设备的运行情况，从总体到局部依次有三个监测层次，分别是电站的整体运行监测、设备群监测、单设备监测。

5.1.1.1.电站运行监测

电站运行监测主要监测电站的总体运行情况，包括总体的设备运行情况、关注度高的数据、整体告警信息等。

总体的设备运行情况包括：

处于各种状态（运行、关机、故障等）中的设备数；

关注度高的数据包括：

逆变器的部分运行状态（如当前的实时总功率）；

整体告警信息包括：

电站中所有的未消除的告警信息的列表，列表中展示告警的内容、告警的来源（设备原生、系统判断）以及告警的产生时间等信息；

设备群（或单一设备）的运行总体状况。

电站运行监测的界面以图形、表格加文字说明的形式直观体现，

对于部分指标或参数，在界面中亦能以各种直观的图形来显示，

直观的图形显示方式包括：

趋势图、饼图、直方图等。

5.1.1.2.设备群监测

设备群监测指同时监控一群设备，群的划分方式较为灵活，可以是某个种类的设备，如将所有的逆变器划分为一个群，也可以是某个品牌的某种设备，如将所有SMA的逆变器划分为一个群。

群设备监测的内容包括群设备当前的总体运行情况、关注度高的数据以及群中所有设备的告警数据。

内容的展示方式同样丰富，既有直观的图形展示，包括实物图、趋势图、饼图、直方图、仪表盘、表格、文字等。

5.1.1.3.单设备监测

单设备监测指监测特定的一个设备的运行情况，监测的内容包括：

该设备当前的状态、该设备所有的运行参数以及所有的衍生参数、该设备当前所有待处理的告警等。

5.1.2.远程控制

在运行监测界面，通过点击待控制设备的图标，即可调出设备的远程控制菜单。

选择或输入的控制内容后，指令将立即传递给需控制的设备，基本可以达到实时控制。

5.1.3.视频监控

视频监控功能能够展示实时的视频内容，从而实现“遥视”。

视频监控可以单独使用，即选择某个视频设备后，展示选定视频设备传输过来的视频影像；同时，视频监控亦和运行监测进行紧密结合，在单设备监测界面，亦同时显示该设备的实时视频影像。

视频监控还可控制视频设备，从而实现视频拍摄方向的调整、视频的放大、缩小。

5.1.4.综合查询

综合查询功能为使用者提供各种数据的自定义查询，可查询的信息包括系统中所有的存储数据，查询的条件使用可以方便的选择和自定义。

查询的结果既可以表格的方式展现，亦能图形的方式直观体现，还可以表格+图形的方式综合显示。

5.1.5.统计报表

统计报表功能可为管理人员提供必要的报表，根据报表的不同，系统自动按照报表的功能及需要，按照日、月、季、年等方式提供不同粒度的报表，所有的报表均可以导出成使用者非常习惯使用的EXCEL或者通过连接的打印机进行打印，打印出的格式和内容与看到的格式和内容完全一致。

5.1.6.设备管理

通过设备管理，使用者可以建立电站所有设备的台帐，从而实现了设备台帐管理的信息化。

除了设备本身的信息外，使用者还可以为设备进行标识（命名或编号），以帮助使用者在各种设备展示界面中能够方便地定位到识别设备。

5.1.7.系统管理

系统管理中包括用户管理、角色管理、权限管理。

能够添加、修改、删除系统用户，能够定义每个用户的角色，亦能为每个用户或每种角色分配系统各种功能的使用权限。

5.2.服务层功能

5.2.1.状态管理

系统所有的设备信息的采集均通过状态管理进行处理，设备状态包括设备的运行状况、设备的各种参数的获取。

对不同的设备，有不同的状态处理过程，既有系统循环发送请求再由设备报送的，也有设备自动报送的。

设备管理除了进行状态信息的获取外，还负责设备实时状态的维持，从而为系统中的各项处理提供相应的依据，比如说，给用户发送一个控制指令时，首先由状态管理判断该设备目前所处的状态，一旦设备处于不适宜控制的时候，系统将立即停止控制指令的发送，并反馈给操作者并记录在系统中。

5.2.2.设备控制

设备控制用于控制设备控制指令的下达，并进行控制处理的组织。

包括与状态管理交互，了解待控制设备是否处于适宜控制状态；与排他管理交互，通知排他管理锁定或解锁定某个设备等。

5.2.3.排他管理

排他管理主要用于维持设备的虚拟锁。

比如在一个设备被控制的过程中，系统还没有收到设备的控制反馈前，系统应不能对该设备进行任何操作。

5.2.4.警报识别

警报识别用于识别设备的所有告警。

它可以通过解析设备的报文，发现设备报送给系统的告警，也可以通过自身的智能分析功能，来发现设备没有报送或者设备本身无法识别的报警，包括阈值告警和变化率告警。

阈值告警指当设备的某项参数达到某个值时，由系统自动产生的告警；

变化率告警指当设备的某项参数的变化过快，超出预期时，由系统自动发出的告警。

5.2.5.任务管理

所有给设备发送的指令均由任务管理通知组织下达。

根据指令的不同，任务也分为单次任务、批次任务和循环任务。

单次任务只执行一次即告结束，批次任务将执行多次，达到指定的次数后结束；循环任务在系统运行过程中永不结束，它通过设定的循环间隔定时执行。

5.2.6.日志管理

在系统中，所有的用户操作、系统异常等信息都将通过日志管理功能被保存。

在需要审计或分析问题时，日志将会提供很多的帮助。

5.2.7.数据库功能

包括实时数据库、历史数据库。

实时数据库保存的是从各个装置采集上来的实时数据，其数据在每次系统扫描周期之后被刷新一次，在实时数据库中可以保存模拟量、数字量、脉冲累计量、控制量、计算量、设定点控制输出等多种类型的量。

对运行数据和开关状态进行实时监视和记录保存。

数据库生成：

系统管理人员可以方便地在工作站和服务器在线生成实时库和历史库。

数据库查询：

利用数据库查询程序，对实时数据分类检索，通过人机联系系统及相应的图表直观地反映，并根据需要随时存在外设内。

数据库方便检索和查询。

历史数据能方便地转移到磁盘、光盘等其他存贮介质上。

历史数据库至少可保存二十五年。

5.2.8.操作权限 

 遥控操作可在任何画面上预定义的操作对象上进行，系统具有多种校核方式，以满足系统对遥控操作的安全性、正确性和速度的要求。

权限：

操作者输入口令，以确认是否具备操作权限，操作权限可人工设置。

验证：

操作者选择操作对象，程序校核该对象是否可控，并弹出遥控对话窗口，显示启发对象的属性描述，供操作员再确认。

操作记录：

操作人员姓名、操作时间、操作内容结果（状态量状态改变）等记录下来，存档于控制作记录中，可分类检索显示、打印等。

配置用户：

包括用户管理、角色管理、权限管理。

能够添加、修改、删除系统用户，能够定义每个用户的角色，也能为每个用户或每种角色分配系统各种功能的使用权限。

6.关键技术

统一集控平台系统接入所有的光伏电站在线监控设备和系统：

包括汇流系统、逆变系统、环境系统、安防系统、电能及电能质量设备等；接入的数据非常全面：

包括设备状态数据、设备运行数据、警报数据、事件数据等；系统所提供的应用服务面广，服务的人员包含了电站的各类人员，包括运行人员、检修人员、管理人员等。

坚强的分层式部署架构平台采用SOA架构将涉及诸多的资源都抽象为服务，利用WebService统一接口和数据交换格式,通过服务间的组合和交互形成全面完整的系统应用。

各服务间各自独立，分层部署，完全松耦合，各服务可独立升级和维护，不影响其他功能的应用。

通过服务管理对各服务进行注册，通过服务调用流程CallFlow动态控制业务逻辑，形成各种应用。

采用设备ADP和设备规约库的智能数据采样体系电站设备种类和型号各异，各设备的通信接口和协议也都有差别，即便是同种设备也由于厂商、型号的不同而不同。

针对这种情况，对每个设备进行单独开

发接口已不合适。

为解决这个问题，本系统采用设备适配器（ADP）模式（智能设备适配器）实现智能采集。

设备ADP分为物理层、协议层、数据层和控制层，物理层与设备对接，支持不同的接口类型（RS232，RS485，网络接口等），并在物理层实现消息路由功能，提供数据透传。

协议层对物理层上送的数据进行规约匹配和解析，解析的数据上发给服务层处理。

同时对服务层下发的消息进行规约组装，通过物理层下发给设备。

数据层分析采集数据，进行分类和分级存储，对变化率不大的数据进行过滤，对异常情况（数据变化率大，有告警，数值超过阀值等）发送消息通知应用层以及是地展示或通知给使用者。

任务管理对采集或设备远程控制任务进行控制，实现数据的自动采集，动态变化采集频率，实现数据的补采和重采。

数据分级存储考虑到不同数据应用的差异以及系统资源的有效利用，所有的数据都分类采集、分类压缩、分类同步。

数据存储按实时表、24小时表、历史表表存储，针对不同的信息（告警、状态、监测数据）分类采集，采用不同的采集策略。

告警信息、状态信息、监测数据、统计信息分类存储，分类汇总。

以用户为中心的信息推送与溯源RIA（富客户端）技术突出客户端的功能和用户体验，随着计算机软硬件的快速发展，个人计算机的运算能力已变得非常强大。

系统采用Flex、Ext等RIA技术打造了类C/S应用的用户界面和用户体验，为系统的使用者提供极大的方便，采用设备分布图等方式直观展现，功能层级关联，减少用户操作次数。

告警信息可通过弹出告警框、图标闪烁、短信通知、邮件通知等方式及时通知相关人员。

通过系统自动分析和设备主动上送的告警发现设备运行异常，并通过与监测数据自动关联，追溯分析设备故障原因，降低故障处理周期，减少电站的运行维护成本。