实时监测对于维持太阳能光伏能源输出至关重要

生产清洁能源是任何可再生能源系统的首要功能。然而，无论其发电来源如何，工业能源系统必须持续产生足够的电力来支持其所在设施的运行。

当考虑使用太阳能光伏(PV)系统时，首先重要的是根据位置、方向和植物转换效率评估系统可以产生多少能量。这种评估最终将取决于系统组件的技术种类和质量。

要确保一个工业能源系统总是能产生足够的电力，就需要24小时监控其性能。这只能通过使用实时性能监控系统来实现。越来越明显的是，工业自动化技术——尤其是被称为SCADA(监控和数据采集)的系统——为实时控制和监测太阳能光伏系统的性能提供了一个理想的平台。

从阳光到直流电

光伏系统利用电池以确定的效率将阳光转换成直流电(dc)。通常由硅制成，电池连接在一个面板上或一组面板安装在一个框架上，这被称为光伏阵列。除光伏阵列外，光伏系统还包括几件设备。平衡系统(BOS)由组件组成，通常包括太阳能电池板的机架和其他安装设备，组合器，逆变器，接线，变压器，以及(如果需要)一种电力存储形式(通常是电池)。

我们都熟悉我们的住宅电表，公用事业公司用它来记录我们每月消耗的千瓦时。在一年的时间里，这些账单可以通过比较来确定每月的消费。虽然这个场景说明了使用消耗，但对于监控PV系统的生产是不同的。电表也用于测量产生的能量，但我们感兴趣的是在短时间间隔内产生的能量——可能是每小时或每5分钟。记录频率需要比家用的数据记录仪更精密的仪表。数据记录器将数据送入内存系统，以便日后存档使用。它们也有通信接口(以太网或串行端口)，允许计算机连接到它并检索数据。

分布式发电标准

美国大多数电力公司都采用了分布式发电(DG)与配电系统互连的标准标准和指南。光伏系统的安装有效地降低了客户的负荷，并且在最低负荷条件下，可以通过称为“净能量计量”(NEM)的交易将能量输出回公用事业。电气和电子工程师协会(IEEE)推荐了一套指南(IEEE P1547.6)，将其纳入光伏系统的设计中，并与公用事业系统并行运行。

Staer Sistemi就是这样一个系统设计者，他们在2009年底着手设计了第一个光伏自动化管理系统，并在过去4年里对其进行了修订。最初的设计包括使用一个简单的DAS(数据采集系统)，但Staer Sistemi很快发现，由于太阳辐射在地面的波动性——主要是由于大气湍流——需要相当快的采样速度(5秒或更短)。由于这一需求，Staer Sistemi决定最好的方法是在工业成熟的SCADA环境中开发最终应用程序。这将允许设计人员以每秒数千测量的范围管理数据流。

在进行了大量的系统测试作为概念验证之后，Staer Sistemi配置了一款来自Arc Informatique的低重量工业SCADA软件PcVue，以满足其光伏应用需求。该SCADA提供了灵活的监控和控制各种工厂组件和操作，包括跟踪器、逆变器、变电站和仪表。PcVue被用于公司所有的旗舰安装，其中一些光伏电站单独超过5 MWp(兆瓦峰值)，以及一些更大的多租户、多站点系统。

该系统专为监控性能而设计，记录任何问题并触发警报，以便工程人员可以修复或更改组件或微调工厂操作过程。

绩效管理方法

该系统通过一个复杂的数学模型来监测性能，该模型在安装时初始化，并使用一些工厂设计数据:光伏板的峰值功率、逆变器、制造商提供的电气参数、串数、串长度等。然后，该模型不断输入当地的天气数据，并实时计算出在100%的工厂产能下的正确能源产量。

计算数据与实际生产数据(由前面提到的数据记录器提供)之间的自动比较将每分钟或更短时间给出工厂性能或工厂健康状况的精确指示。

如今，由于运行和维护成本的增加，以及由于工厂设备生命周期内性能下降而导致的产量下降，对太阳能光伏电站的监控和性能分析已变得极其重要。这意味着监控系统的使用对于确保太阳能光伏发电厂在整个生命周期内的高性能、低停机时间和故障检测至关重要。

从技术角度来看，从直流级开始理解整体数据采集是如何执行的是很有趣的。在这里，为光伏安装设计的串线组合箱有内置的串线探测单元，可以测量通过串行RS485端口(不同的方法或无线可以使用)提供的直流电流、电压和功率值，通过ModBus与SCADA通信。一些rtu(远程终端单元)安装在现场位置，连接到前面提到的RS485多滴回路上的多个字符串接线盒。

在交流级，逆变器公开RS485端口，方便连接。PcVue的本地通信驱动程序通过时间戳从控制盒和rtu收集数据，用于实时处理、存储、报警、报告和显示。这是为了直流和交流侧的参数，状态和诊断，以连续获取。SCADA功能进一步用于监测电网保护继电器，能源表，气象监测站/传感器，LT(低压)和HT(从3千伏开始的高压)控制面板，直流开关，变压器，以及一般情况下能够直接或间接影响工厂生产的任何设备。

此外，为了使PV应用程序尽可能高效、可持续和可扩展，必须考虑SCADA应用程序的其他方面。这些功能包括动态配置、独立和客户端-服务器配置、数据保护的冗余、历史和实时趋势分析以及高级告警管理。进一步来看法规遵从性，例如，如果您必须与各种变电站设备通信，那么对IEC 61850和DNP3等协议的支持就被认为是一种资产。

为了访问所有数据点，具有2D和3D显示的用户友好图形界面、报告生成器、调度器和事件驱动引擎都使过程更加顺畅。最后，Web访问功能提供了对应用程序可能需要的远程设备的各种移动性和访问。

- - - - - -玛丽·罗森(Marlee Rosen)是罗森联合公司的能源市场研究分析师。由CFE媒体贡献内容专家西德尼·希尔(Sidney Hill, Jr.)编辑，sidhilljr@gmail.com。这篇文章是工业能源管理欧洲经委会媒体出版物的增刊。

在线额外

www.staersistemi.it en

www.pcvuesolutions.com

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