光伏鹰眼之光伏电站监控系统硬件结构详解
前言
相信小伙伴们都看过《鹰眼》这部电影，电影中的超级电脑侵入各类数据库，控制世界每个角落的摄像头，高压线路等等。俨然一副控制了整个星球的架势。虽然整个科幻片把超级电脑和监控信息网络的负面效应写的惊心动魄，但是同时也表现出了一个完善的信息化网络可以完成世界范围内无死角的监控。
光伏电站的设计合理性，产品质量，施工质量等前期因素直接决定了电站的质量和发电量，然而除此之外，光伏电站在运行阶段更离不开监测和控制系统。监控系统存在的意义在于：
1． 监测设备运行状态，保障系统的安全运行
2． 减少相关运维人力的投入，提高运营效率
3． 收集电站数据，便于对电站的后评估与提质增效工作
今天兔子给大家介绍光伏电站的监测系统软硬件构成以及相关的功能意义
硬件组成
电站监控系统的硬件主要实现的就是数据的抓取和上传问题，光伏电站的最基本的硬件组成有
通讯管理机
数据采集器
规约管理机
以太网交换机
环境监测站
传感器
服务器
安全隔离装置
安全防护装置
通讯线缆
视频监控系统
卫星系统
主要是实现站内的监测和控制以及远端的遥测、遥信、遥控、遥调功能。
拓扑结构
以上为整个监控系统的基础组成部分，那么各个系统有是如何有机的结合在一起的呢？我们来看一下监控系统的拓扑结构：
主要的工作原理为：
1. 各个设备通过通信线路连接至数据采集器
2. 最底层的数据采集器定期访问所有设备，并获取生产数据
3. 数据采集器一般会在本地备份相应的数据
4. 数据采集器通过相关的整理，打包将数据通信线路上传至本地服务器或者远程服务。
5. 远程服务器通过相应的数据库和软件，将数据进行分类处理，备份与显示。
6. 其中环境监测站和视频监控系统一般另走一条线路连接至本地监控中心或者远程监控中心。
数据采集范围
数据采集范围
最底层的数据采集器通过对设备实时状态数据的抓取完成对设备状态的监测，可以监测到的设备主要有：
组件（适用于微型逆变器或者功率优化器系统）
汇流箱
逆变器
变压器
配电柜
电表
功率控制系统AGC，AVC
升压站
气象站
采集数据参量可以有百种以上，一下为某逆变器的通讯协议中截取的点表。每一个信号最终都代表一个参量。这里显示的只有部分参量，光一个逆变器就会有至少上百个数据。
系统拆分讲解
数据采集器
数据采集器所实现的功能是与光伏电站的各个设备进行通讯，将各个设备的实时运行状态采集上来。目前的通讯方式主要是modbus，无线通讯与高频基站通讯。其中目前成本较低，方案较为成熟的是RS485的通讯方式。在这个最基础的环节，其实有很多的注意点，
1． 典型的数据采集器有其适宜的工作环境：灰尘，静电，温度，湿度都会影响其寿命和工作稳定性。
2． 数据采集器要能兼容多种数据模式，模拟，数字信号。同时具备各类接口，有可编程能力，也有功能拓展性能。
3． 数据采集器需要具备软硬件升级功能。
4． 很多数据采集器的采集时点精度不同，直接影响到其对数据的处理精度
5． 由于很多数据采集器需要将数据上传至云端，因而需要具备一定的前置计算功能。
规约转化器与电站智能化改造
早期安装的电站很多都没有远程监控系统和智能化的软件，很多业主都有添加远程监控系统的需求。这时候问题就来了：
1. 很多设备没有智能化，也就是没有相关的传感器监测自己的状态
2. 通讯线路需要重新布置
3. 通讯协议不兼容，花费成本较高。
4. 本地监控系统已经占掉了相应的数据接口，无法兼容
这时候一般的解决办法一般有一下几种
1. 加装传感器对相关设备进行测量
2. 本地监控系统的拓扑图如下，是有关键的规约管理机汇总到总的通讯管理机在统一上传至后台服务器。那么可以从最底层的通讯管理机对数据进行采集并上传。
3. 当然，最省力的就是从最上端的通讯管理机对数据进行统一汇总和转发，但是这里要注意的就是：
通讯协议需要转换
规约管理机的数据处理能力和转发能力需要确认
规约管理机的接口是否有多月
整体的系统需要遵守相关电网的数据转发安全要求，不然在安全检查过程中会很难通过。
同时相关的调试还涉及到通讯点表的匹配工作。
环境检测装置
兔子君在前几期已经提到过，环境检测装置至关重要：
1. 收集到了响应的环境变量，可以根据响应的数据进行电站模拟的电站发电量诊断。
2. 可以对相关地区资源进行精准的衡量，有利于附近电站的开发。
3. 可以实时的诊断电站的运行状态，这一点兔子君会在后面几期谈到。
具体的问题可以参照兔子往期文章，【系列】光伏电站辐照仪之总辐照表与硅基辐照传感器的对比【系列】，光伏电站辐照仪之总辐照表（一），【系列】光伏电站辐照仪之总辐照表（二）除了NASA、METEONORM，还有哪些光资源数据库你不知道？光伏电站大数据应用之光伏照数据选址篇这里就不加以重复了
通讯线路
通信线路搭建，通讯线路的搭建是至关重要的。兔子君在接触很多项目工程的过程中都听说监控系统通讯中断，丢包。很多时候是通讯线路的问题。这里需要注意；
1. 一定要采用双绞线
2. 最好线路外端有金属屏蔽保护层
3. 通讯线路尽量避开高压线缆
4. RS485的通讯距离一般为1200米，因而超出这个范围需要另外配置。
视频监控
视频监控系统的功能逐步变得越来越强大，
早期的视频监控仅仅是在升压站的摄像头，观测电站是否在外观上有异常，
随着技术的进步，成本的降低，视频系统逐渐添加了新的功能
1. 夜视功能，很多电站的偷盗主要发生在晚上，很多的视频系统集成了夜视功能，可以在晚上捕捉清晰的图像。
2. 入侵告警，很多视频可以捕捉人的动作，面向。在电站有人闯入时进行报警。
3. 热成像处理，升压变或者组件端，在发生故障时往往是从过热引起的，因而很多视频监控添加了红外成像处理，提前发现和诊断问题。
4. 图片抓拍，由于远端传输有流量和速度限制，摄像头一般借由本地网络实现流畅实时视频显示，并且通过远端传送一定时间间隔的图像反应现场的视向问题。
本地监控系统
vs
远程监控系统
监控系统按照大类别可以分为本地监控系统和远程监控系统。
本地监控系统，又名local scada系统。主要是实现本地系统的安全运行，关键设备状态，电力开关等的实时监测。其监测范围可以覆盖光伏区一直到升压站。也是直接与电网通信的系统。
远程监控系统主要实现的是对光伏区关键设备如，组件，汇流箱，逆变器的监控并上传信息。由于目前业主开发电站体量逐渐增大，远程监控系统的需求也就逐渐凸现。通过将数据集中上传至远端，业主可以实现集中化的监控和信息处理，大大提高了统一管控性，数据实时精准把控等功能。
大型地面电站一般为二者皆有，本地监控系统为主。
1. 大型地面电站接入电压等级高，涉及到电网安全，涉及到的安全设备多，因而需要专业的电网认定的安全监控设备。
2. 大型地面电站站内一般有人驻守，因而通过本地的监控系统即可实现对本地主要设备的监控
3. 远程监控系统目前很多集成了数据分析，生产管控，流程管理和资产管理功能，因而再本地监控系统基础上添加远程监控系统有着他的优势
4. 以上所说，大型地面电站的大开发商需要集中管控与显示其电站运行状态。
远程监控系统尤其适用于分布式电站
1. 分布电站规模小，接入等级低因而远程监控系统可以完美的实现监控和非安全敏感性的数据转发
2. 分布式电站分布规模分散，因而远程监控系统可以很大程度上的将信息在单一远端集中显示，实现统一集中把控。
3. 分布式电站不需要有人驻守，这就充分给高度智能化的远程监控系统很大的发挥空间。在国外的分布式电站已经实现了无人值守和托管式的运维，因而在接下来，分布式越来越被开发商看好的趋势下，远程监控系统的作用也不言而喻。
未来发展
这里兔子不放脑洞大开，带着大家畅想下美好的未来，
无人机，监控系统通过实时获取数据，与无人机配合进行相关的安全检查，相无人机发送指令，进行自动化的运维检查。将是一个自动化值守的趋势
2
清洗机器人结合获取的发电量，天气信息进行综合清洗计划制定，综合清洗成本和发电量提升，最大化收益。
3
高精度功率预测系统，结合卫星，地面信息，全球物理模型的与相应的自学习神经网络算法实现高精度功率预测，配合电网与售配电。
4
配合直接售购电市场的电力调配，本地监控系统在向电力市场上传发电数据的同时可以配合需求端与供给端对发电进行远程节。
5
区块链技术与分布式能源系统的有机结合。
当然，除了监控系统的硬件问题，监控系统的核心灵魂在于其软件构成。兔子将会来后面几期了为大家详细的介绍。
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