光伏电站系统设计报告

光伏电站系统设计报告（精选7篇）

光伏电站系统设计报告 篇1

0.引言

在我国光伏并网电站中，针对光伏并网电站设计智能监控系统，不仅可以有效监视和控制全站设备，还能够实现对高压侧设备的智能监控，还将会提高光伏并网电站的安全性，提高我国电力建设的经济效益。以下对此做具体介绍：

1.光伏并网电站监控系统的需求分析

随着我国太阳能光伏发电技术的普及，从光伏并网电站的特殊应用到民用，再到辅助能源，可见光伏并网发电技术在电网发电中的重要性。由于我国传 统的针对光伏并网电站的监控技术较为落后，多是采用单片机作为控制单元、通过RS-485 总线作为通信网络而组成的监测系统，不仅系统的生产成本高，而且系统的通用性较差。因此，为提高我国光伏并网电站的监控系统水平，应该设计出具备智 能监控性能的监控系统。基于我国当前光伏并网发电系统设计中，一般由太阳能光伏电池板、并网逆变器与防雷汇流箱等几个部分组成，因此在设计对于该光伏并网 电站的智能监控中，应该实现对光伏并网电站设备运行状态的实时监测，对每部分器件的相应参数进行测量、存储和分析，以确保每部分器件能够正常运行。

2.监控系统的结构设计

针对智能化光伏并网电站监控系统的设计中，其主要包括上位机、下位机DSP以及前端传感器采集模块、CAN 总线等几个部分，其结构设计如下图1所示：

在结构设计中，其上位机中主要是由计算机、CAN 接口卡以及监控软件组成的，CAN 接口卡可以插在上位机扩展槽中，这样就可以实现下位机同上位机之间数据的高速交换，而对于监控软件，则可以通过 CAN接口卡来接收下位机发送出来数据，并对分析、存储以及显示数据，根据向下位机发送控制命令，从而对下位机设备进行到实时监控。下位机 DSP 中，主要实现 A/D 采样功能，并采取CAN 协议与上位机进行通信，以此来保证系统的稳定运行；针对前端采集模块中，就是通过各种传感器，采集直流电压、直流电流、三相并网电压、电流、温度等参数。

3.系统的硬件设计

在针对光伏并网电站智能监控系统的硬件设计中，使用单片机为主的控制单元，采用 TI 公司的DSP 芯片以及TMS320F2407 来作为系统核心控制器，提高数据处理能力。并且在CAN 总线接口的电路设计中，使用RS-485 相比，采用SN65HVD230作为总线 CAN的 收发器，提高系统抗干扰能力，并通过总线收发器 SN65HVD230、控制器TMS320LF2407，实现对系统内部之间各单元的信号传送。在设计数据采集电路中，选择 TMS320LF2407，采用高性能静态CMOS 技术，减少控制器功耗，并同时具备低功耗电源管理模式，具有良好的性能，成本低。

4.系统的软件设计

在系统软件设计中，将会采用.NET 框架的 Visual C#.NET开发平台，提高智能监控系统人机界面的可操作性，同时也可以大幅度缩短智能控制软件的开发周期。并且在设计中，还应该利用SQL Server 2005 数据库，对监控数据进行存储分析，以便更好实时的监测逆变器、光伏阵列状态。在软件设计中，应该包括数据采集与显示的功能、数据管理的功能以及控制功能、故障报警功能。

以下就是系统数据处理中的发送与更新的程序代码：

发送数据程序：

while（UART_busy）；

ACC = dat；

if（P）

{

#if（PARITYBIT =ODD_PARITY）

S2CON &= ～S2TB8

#elif（PARITYBIT = EVEN_PARITY）

S2CON |= S2TB8；

#endif

}

else

{

#if

（PARITYBIT == ODD_PARITY）

S2CON |= S2TB8

；

#elif（PARITYBIT == EVEN_PARITY）

S2CON &= ～S2TB8 ；

#endif}

UART_busy = 1；

S2BUF = ACC；

关于更新数据的程序：

Read_Reg_Address= READ_ADRESS_PAGE0；

SetPosition（0，5）；

Int2Char2

（Modbus_REG）；

WriteWord（data_buff2，2）；

并且在软件设计中对于通信协议设计的方面，应该考虑到通信的可靠性与通信效率，因此可以采用数据帧进行通信。通信部分代码如下所示：

通信代码：文星期刊论文发表网

ipEnd = new IPEndPoint

（IPAddress.Parse（sqlutility.i-pAddress），sqlutility.port）；

listen_thd = new Thread

（new ThreadStart（lis-ten_fun））；

listen_thd.IsBackground = true；

listen_thd.Star（t）；

standard_thd = new Thread

（new ThreadStart（stan-dard_toclient））；

standard_thd.IsBackground = true；

localhost_IPSocket.Listen（1024）；

5.实际光伏并电网智能监控的应用

5.1实现本地监控

针对基于无线传感器的并网光伏电站智能监控系统设计中，不仅具有分布式数据采集的特点，同时也具有易组建、自组织的特点，可以在实际应用中实 施对电站的现场监控。在智能监控系统中，可以对光伏并网电厂现场故障采取有效的应急控制；并且还可以安装中英文LCD 显示屏，人性化的将电站设备参数通过显示屏的形式，显示出历史故障数据等信息，这样就可以使电站管理人员可以及时对电站故障进行处理。

5.2实现远程监控

在实际远程智能监控中，工作人员可以通过以太网连接本地监控室，操作人员可以随时根据用户权限，查看其管辖范围内的电网信息，对电站内实时运行的数据进行分析，远程监控电站内的信息。

5.3实现上位机监控

在实际应用中，还可以根据光伏并网电站现场设备，采取RS485 通讯接口，然后再利用MODBUS通讯协议，通过分析各种样式图形图表，把所监控的数据经RS485 总线传输到上位机中，从而实现对数据的遥测通信，实现对电站的实时监控。

6.结论

光伏电站系统设计报告 篇2

金太阳示范工程是国家重视太阳能利用、加快国内光伏发电的产业化和规模化的一项战略发展策略。

光伏电站的通信和数据模型还没有统一的标准。文献[1]设计了光伏电站监控系统的结构;文献[2,3]提出了光伏电站远程监控系统的通信方式;文献[4,5]提出了适用于光伏电站仿真的建模方法;文献[6]提出了基于公共信息模型(CIM)的数据处理方法;文献[7]提出了风光储一体的网格界面。这些分析为光伏电站的数据采集、数据建模和通信方式提出了可行的思路,但未涉及作为数据中心时的通信要求、数据模型和分析应用功能。目前国内建成的光伏电站当地监控系统,其重点也在于电站内各类设备的信息采集,个别逆变器厂家建设了适用于本公司逆变器产品的远程监视系统,主要用于采集电量等少数几个数据。随着光伏产业的规模化发展,考虑光伏电站分散分布的特点,有必要建立金太阳远程数据中心,以便综合评估、利用和统计光伏电站的各类数据。

本文分析了现有光伏电站的结构特点,在此基础上对远程数据中心的系统架构、通信模式、数据模型和应用功能进行了设计,并开发了系统软件。

1 系统架构

作为金太阳示范工程的远程数据中心,该中心要求光伏电站上送各类运行数据,包括核心设备数据、电量数据、环境资源数据等,汇集后进行数据的监视和分析。

整个系统分为3层:电站层包括了属于金太阳示范工程的所有光伏电站,主要采集的信息包括光伏电站核心设备(逆变器等)和电能表信息、环境数据;通信层通过信道将电站的信息上送;主站层即远程数据中心,所有电站的数据在此汇总分析。其逻辑结构如图1所示。

1.1 电站层

每个光伏电站都是一个太阳能光伏并网发电系统,具有包括升压站(变压器)、逆变器、汇流箱、电池阵列、蓄电池、电能表、环境检测设备在内的各类核心设备。此外,还包括气象数据和逐日系统的数据,站内需要实现对各类数据的采集转发功能。

电站内元件典型接线方式和数据采集见图2。

1.2 通信层

1.2.1 电站当地通信条件

目前,国内光伏电站对外数据转发尚无统一的标准,因此各个电站的配置也大不相同,当地的对外通信状况大致可分为以下3种:

1)配有当地监控系统。这种电站的容量相对较大,有独立的监控中心,只需在监控中心侧进行扩展即可实现对外通信。

2)当地没有监控系统,但逆变器具备转发接口。这种电站的容量相对较小,各个逆变器的信息可以汇总后转发出来。

3)当地没有监控系统,逆变器也不具备转发接口。这种电站的容量很小,如需对外转发数据,必须增加通信模块。

金太阳示范工程中的光伏电站要求采用前2种建设模式,留有对外通信端口。

1.2.2 通信方式的选择

由于金太阳示范工程遍布全国各个省市,采用无线通信是最合理的方式,同时必须满足:①覆盖范围广;②快速;③安全;④费用省。

金太阳远程数据中心选择电信无线虚拟专用拨号网(VPDN)作为通信通道。VPDN是中国电信提供的一种基于2G/3G网络的无线业务,它利用工业标准的Internet第2层隧道协议(L2TP)技术为政府、企业客户的无线移动用户构建的与公众互联网完全隔离的虚拟专用网络,能够满足以上要求。建设时在主站层配置路由器和防火墙,在当地电信开通专用域名,通过专线接入当地电信VPDN平台。在电站侧配置无线接入终端接入电信无线网络,其结构如图3所示。

1.2.3 通信协议的选择

目前,光伏电站内的数据采集协议大都基于工业控制器的网络协议MODBUS。由于电站内部设备分为众多单元,每个单元的数据量较少,因此MODBUS协议更适合于站内使用。如果用于对外转发,由于每包字节数的限制使其适应性不佳,因此,考虑采用现有已经成熟的电力系统常用的网络传输协议IEC 104,但必须进行如下扩充:

1)用特定的功能码来描述数字量。所谓数字量即一个整型值,每个数值代表不同的含义,这种数据类型常见于各类设备的状态。其不同于IEC 104中所定义的标准数据类型,因此必须加以扩充。

2)增加直接控制模式。电力系统的控制流程为选点→返校→遥控,在光伏电站内的很多设备采取的是直接遥控方式。如果需要对电站进行控制,则必须增加直接控制方式的描述。

1.3 主站层

主站系统采用双网模式,配置主备历史数据服务器、主备前置服务器、3台应用分析工作站和1台Web服务器。核心设备均采用冗余配置,以保证系统正常运行。硬件结构如图4所示。

主站层软件由操作系统、支撑平台、数据采集模块和各个应用功能组成。操作系统选用Unix/Linux混合结构。支撑平台主要提供系统运行支撑环境,包括网络、实时库、历史库、图形、报表等服务。数据采集模块负责数据的采集,应用功能实现数据监视、各类数据的统计、光伏组件性能对比等。

2 数据模型

由于目前国内尚无光伏电站的数据模型标准,因此借鉴IEC 61970 CIM的建模方式对金太阳示范工程进行建模。

对于电站内的升压站(变压器)的模型可借鉴CIM的标准,而逆变器、箱变、汇流箱等其他设备可以根据安装方式的不同分布到不同的单元中。可将升压站(变压器)低压侧进线的所有设备划分为一个单元,认为是一个间隔;气象数据和逐日系统的数据相对独立,直接隶属于光伏电站,这样整个系统的数据模型见图5。

一个单元中的核心设备一般有如下几种情况:

1)有一台箱变,若干台逆变器在此汇集后进行第1次升压;直流侧设备包含若干个汇流箱和若干个电池阵列。

2)一台逆变器连接一台箱变,直流侧设备包含若干个汇流箱和若干个电池阵列。

3)没有箱变,只有一台逆变器,直流侧设备包含若干个汇流箱和若干个电池阵列。

根据以上分析,对一个间隔内的设备可按直流侧和交流侧进行划分,同时在设备模型中需要描述“父节点”,用以表示其上下级连接关系。

为便于后期的统计分析,还需要描述核心设备的各类属性,包括设备型号参数、生产厂家、设备静态参数等,同时按照静态数据和动态数据建立统计模型。系统整体类关系见附录A图A1。

3 应用功能

作为金太阳示范工程的远程数据中心,其主要职能是对金太阳工程的现场数据进行监视,并提供后期的数据分析。因此主要包括以下应用功能:

1)数据监视。按全国→省份→光伏电站的层次结构组织数据监视画面,监视信息包括升压站(变压器)数据、逆变器交直流侧数据、箱变数据、电站拓扑结构、通信结构等。

2)数据统计。按不同的统计区域(全国、各省、电站、单元)进行数据统计,统计量包括电量、功率、元件个数、电站运行率等。

3)数据对比。按照不同的方式(电站、组件型号、设备厂商等)折算到统一单位面积进行数据对比。包括发电量、发电效率、发电变化趋势等,给出优劣排序。

4)环境数据分析。根据不同的环境条件,对光伏电站进行数据对比,给出不同环境条件下的发电效率优劣排序等。

4 结语

金太阳远程数据中心是金太阳示范工程的远程监视中心,通过该数据中心,可以监视金太阳示范工程中光伏电站的各类信息并进行数据分析对比。目前金太阳远程数据中心系统已在国家电网公司试验验证中心投入运行(详见附录A图A2、图A3),为光伏电站标准化的研究提供了参考。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

参考文献

[1]李立伟,王英,包书哲.光伏电站智能监控系统的研制[J].电源技术,2007,31(1):76-79.LI Liwei,WANG Ying,BAO Shuzhe.Development of theintelligent surveillance and control system of PV power station[J].Power Sources,2007,31(1):76-79.

[2]刘福才,高秀伟,牛海涛,等.太阳能光伏电站远程监控系统的设计[J].仪器仪表学报,2002,23(增刊1):184.LIU Fucai,GAO Xiuwei,NIU Haitao,et al.The design of thesolar photovoltaic plant’s distant monitoring system[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,2002,23(Supplement1):184.

[3]刘福才,张海良,王冬云.基于GPRS的光伏电站远程监控系统的设计[J].自动化与仪表,2006,21(5):29-31.LIU Fucai,ZHANG Hailiang,WANG Dongyun.Design ofphotovoltaic plant’s distant monitoring system based on GPRS[J].Automation and Instrumentation,2006,21(5):29-31.

[4]丁明,张征凯,毕锐.面向分布式发电系统的CIM扩展[J].电力系统自动化,2008,32(20):83-87.DING Ming,ZHANG Zhengkai,BI Rui.Distributed generationsystem oriented CIM extension[J].Automation of ElectricPower Systems,2008,32(20):83-87.

[5]李晶,许洪华,赵海翔,等.并网光伏电站动态建模及仿真分析[J].电力系统自动化,2008,32(24):83-87.LI Jing,XU Honghua,ZHAO Haixiang,et al.Dynamicmodeling and simulation of the grid-connected PV power station[J].Automation of Electric Power Systems,2008,32(24):83-87.

[6]梁才浩,段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响[J].电力系统自动化,2001,25(12):53-56.LIANG Caihao,DUAN Xianzhong.Distributed generation andits impact on power system[J].Automation of Electric PowerSystems,2001,25(12):53-56.

光伏电站系统设计报告 篇3

关键词:光伏电站;远程数据中心系统;结构设计

中图分类号:TP274.2 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0083-01

现今我国已有的光伏电站本地区监控系统,其关键是在电站中收集一切设备信息,少数逆变器生产商针对本企业逆变器产品的具体特点建立了远程监视系统,其基本功能是采集电量等数据信息。目前规模化是光伏产业的主要发展趋势,结合光伏电站实际分布特点进行综合考虑,要求进行远程数据中心的建立,这样的话有利于对光伏电站的全部数据进行全面评估、统计,更重要的是利用数据。

一、系统架构问题

(一)电站层方面

太阳能光伏并网发电系统相当于光伏电站,其主要有逐日系统以及气象数据,站内要做到工作就是针对全部数据实现采集转发功能。此外还包括这些设备即蓄电池,电能表,电池阵列,逆变器,环境检测设备,升压站以及汇流箱,这些都是关键设备。

(二)主站层方面

(1)主站层软件的主要由四个方面构成,首先是操作系统,该操作系统采取了Unix/Linux结构,是一种混合结构。其次是数据收集模块,采集数据是数据模块的主要功能。再次是应用功能,主要负责监管数据、统计全部数据等。最后是支持平台,支撑平台的任务是为系统提供支撑环境,其主要服务有报表,历史库,网络,图形,实时库等内容。(2)主站系统选择了双网模式,并为其配置了Web服务器一台,应用分析工作站三台,此外还包括主备前置以及主备历史数据服务器。关键设备都选择了冗余配置,以使系统顺利运转。

(三)通信层方面

1.电站所在地通信环境以及条件:现今本地区的对外通信情况主要包括三种:(1)有该地区的监控系统。该种电站具有很大的容量,监控中心是独立设置的,仅仅于监控中心侧面实施扩展就能与外界相互通信。(2)本地区未配置监控系统,可是逆变器设置了转发接口。该种电站具有较小的容量,可以将所有逆变器信息进行综合后将其转发。(3)本地区未配置监控系统,与此同时逆变器也没有设置转发接口。该种电站具有极小的容量,必须对外界传输数据时,要进一步增加通信模块数量。关于金太阳示范项目,其光伏电站建议选择前面2种模式,针对对外通信设计了端口。

2.选取通信协议:现今建议选择目前较为成熟的在电力系统中使用比较广泛的网络传输协议IEC 104,可是要进行一定程度的扩充:(1)添设直接控制模式。首先是选点,接着是返校,最后是遥控,这个过程是电力系统实施控制的基本程序,光伏电站中的大部分设备选择的遥控方式都是直接的。如需控制电站,就务必要对直接控制方式进行描述。(2)关于数字量的描述由专门的功能码负责。数字量其实是一个整型值,数值有自己特殊的意义,该数据一般在设备状态方面较为常见。它和IEC 104所说的标准数据类型是不一样的,所以有必要进行扩充。

3.选择通信方式:金太阳远程数据中心关于通信通道的确定,选择了VPDN,也就是电信无线虚拟专用拨号网。VPDN属于无线业务,由中国电信负责提供,其基础是2G/3G网络,它通过规范的网络L2TP技术帮助单位客户以及政府部门的无线移动用户设计的和公众互联网相互独立的虚拟专用网络,可以符合以上全部要求。在建设过程中其处于主站层负责防火墙以及路由器的配置,并于所在地电信设有特定的域名,使用专线将其与所在地电信VPDN平台连接。

二、数据模型问题

可以参考CIM标准处理电站中的升压站模型问题,此外,汇流箱以及逆变器等设备也可以针对不同的安装方式将其分布在各个单元中。气象数据要独立于逐日系统的数据,将其划分给光伏电站。关于升压站,可把低压侧进线的全部设备归为相同单元,作为间隔。

一个单元内的主要设备通常有这些情况:(1)逆变器一台,不存在箱变,直流侧设备有很多电池阵列以及汇流箱。(2)逆变器和箱变各一台,将二者连接在一起,直流侧设备有很多电池阵列以及汇流箱。(3)箱变一台,很多逆变器在这个位置汇集后开始首次升压;直流侧设备有很多电池阵列以及汇流箱。

由上面分析可以得出,相同间隔中的设备能根据直流侧与交流侧划分,与此同时还必须于设备模型内进行“父节点”描述,来说明上下级相互连接。此外,为了在后期阶段更好的统计以及分析,还必须对关键设备的所有属性进行描述,主要有型号参数以及厂商等内容,与此同时根据动态以及静态数据进行统计模型的建立。

三、应用功能问题

(1)数据对比。根据方式的不同转换为相同单位面积实施数据对比。主要有发电变化趋势以及效率和发电量等,并按照优劣有否给出排序。(2)分析环境数据,根据环境条件的区别,针对光伏电站比较相关数据,按照优劣次序给出各种环境条件中的发电效率。(3)数据统计。根据统计地区来开展数据统计工作,统计量主要有电量、元件数以及功率等。(4)数据监视。主要有升压站数据,箱变数据以及通信结构数据等。

四、结语

关于太阳示范工程,其远程监视中心是金太阳远程数据中心,使用这个数据中心,能对示范工程内一切与光伏电站有关的信息实施有效监控并对有关数据进行分析以及对比。现今在国家电网企业试验机构中,金太阳远程数据中心已开始运行,这对光伏电站来说,对其标准化研究具有重要的借鉴意义。

参考文献:

[1]李晶,许洪华,赵海翔.并网光伏电站动态建模及仿真分析[J].电力系统自动化,2008,32(24):83-87

[2]丁明,张征凯,毕锐.面向分布式发电系统的CIM扩展[J].电力系统自动化,2008,32(20):83-87

[基金项目]本文得到江苏省科技支撑计划(工业部分)资助,项目编号:BE2010166

光伏电站系统设计报告 篇4

摘要：本人于2011年到昆明华能石林光伏发电有限公司进行实习调研。该电站目前是亚洲最大太阳能光伏电站，建设规模100兆瓦，将利用石漠化土地3650亩，年发电量1.18亿千瓦时，每年减排二氧化碳10.54万吨，项目计划在五年内建成。在此期间，我对整个光伏发电的原理，光伏电站的整体建设和运行维护有直观的了解，并且研究对比了其他主流的发电方式，对光伏发电产业发展有了自己的见解。同时通过基层的实践，对日后的学习有了更强的兴趣和信心。

一、云南光伏发电产业新前景

1、综合分析

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。其中太阳能成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。

近几年国际上光伏发电快速发展，2008年全球光伏市场虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。2009年，全球光伏产业的整体走势可以用先抑后扬来概括，整个上半年由于金融危机的严重影响，产业景气度可谓惨淡之极。进入下半年，随着全球经济的逐渐转暖，再加上各国政府大力推广太阳能政策的拉动效应渐显，光伏产业呈现了强势的复苏态势。

中国太阳能资源非常丰富，经过30多年的努力，中国光伏发电产业已迎来了快速发展的新阶段，国家的补贴扶持政策陆续推出。财政部、住房和城乡建设部印发《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》及《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，确定对光电建筑2009年的补助标准为20元/瓦。7月，财政部、科技部、国家能源局发出《关于实施金太阳示范工程的通知》，提出对光伏并网项目和无电地区离网光伏发电项目分别给予50%及70%的财政补贴。11月，财政部、科技部、国家能源局下发了《关于做好“金太阳”示范工程实施工作的通知》，要求加快实施“金太阳”示范工程。长期来看，预计随着产业 规模的扩大和技术进步，国内光伏发电成本有望在2015年-2020年期间实现平价上网，中国光伏产业将进入一个市场化发展阶段。

中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。中国已经成为世界上产量最大的太阳能消费品生产国，形成了广阔的农村太阳能光伏产品消费市场，并网太阳能光伏发电站及建筑物屋顶并网太阳能光伏发电工程也已开始启动。全国三分之二的国土面积年日照小时数在2200 小时以上，年太阳辐射总量大于每平方米5000 兆焦，属于太阳能利用条件较好的地区。西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古、山西、陕西、河北、山东、辽宁、吉林、云南、广东、福建、海南等地区的太阳辐射能量较大，尤其是青藏高原地区太阳能资源最为丰富。

2、云南光伏产业发展优势

云南太阳辐射资源十分丰富，全省大部分地区的年日照在2100至2500小时之间，全省绝大多数地区年平均太阳总辐射量为4500—6000MJ/㎡，年辐射总量大于5000 MJ/㎡的地域占全省面积的90%，除少数高寒山区外，年平均气温高，冬季气温低于0℃的天气出现较少。太阳能利用装置在全省绝大部分地区可以全年运行。且云南省石漠化土地面积约288.14万公顷，如将云南1.5%的石漠化荒地用于太阳能电站的建设，云南光伏发电的规模容量可达到1800万千瓦以上，相当于一个三峡电站的装机规模。

云南省能源产业发展纲要（2009-2015）中提出对太阳能光伏发电的具体规划，2015年前，完成石林大型并网发电实验示范工程（166兆瓦）的建设；并网光伏发电达到316兆瓦以上；在条件较优越的宾川、弥渡、祥云等11个县布局光伏发电项目。并在国家政策支持下，大力开发太阳能，建设光伏发电项目。在《云南省光伏电子产业发展规划纲要》（2009-2015年）中，也明确提出了大力打造太阳能电池、红外及微光夜视和半导体照明3条完整产业链等重要决策，光伏产业在云南必将有较大较深远的发展。

二、华能石林并网光伏电站简介

1、光伏发电基本原理介绍

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装 2 维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源 无处不在。

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在16%以上，国外同类产品效率稍高。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

我国光伏发电系统主要是直流系统，逆变器（如下图）将直流电转化为交流电，再通过交流变压器升压，得到标准电压和频率的交流电。

2、华能石林并网光伏电站介绍

华能石林并网光伏电站位于云南省昆明市石林县，地处高低不平的石漠化荒地，电站所在区域环境状况如下：

多年平均日照时数：2193.1h 多年平均辐射强度：5608.5MJ/㎡ 多年平均气温: 15.8℃ 多年平均降水量: 948.0mm平均风速: 2.7m/s，常年主风向为西南风 多年平均雷暴日数: 58.6天

石林县石林镇内起伏的石漠化丘陵土地上，10万多块太阳能电池板整齐有序地矗立着，虽然天气时有变化，但它们仍在默默发电。2010年5月25日，装机容量位列亚洲第一的昆明石林太阳能光伏并网实验示范电站一期20兆瓦投产仪式在石林举行，这标志着云南省对可再生能源的利用进入一个崭新阶段。该项目同时为提升云南太阳能光伏发电开发利用水平，促进太阳能产业发展提供了一个大型实验示范平台。

昆明石林太阳能光伏并网实验示范项目建设总规模为166兆瓦，总投资90亿元，有效利用石漠化土地5445亩，分为示范区和科普区。该电站是亚洲最大的太阳能光伏并网电站项目，其一期工程20兆瓦经过试运行后，正式投产发电，也是目前国内已投产太阳能光伏并网电站中最大的项目。其中，示范区由华能澜沧江水电有限公司和云南天达科技股份有限公司合资设立的华能石林光伏发电有限公司投资兴建，项目建成后将利用石漠化土地3650亩，年发电量1.18亿千瓦时。建设规模100兆瓦（一期为10兆瓦，二期30兆瓦，三期29兆瓦，四期31兆瓦，分四期建成），估算总投资约50亿元。一期工程规模10兆瓦，规划用地448.18亩，主要有太阳能电池方阵升压站综合办公楼，电池方阵由9.7WMp固定式晶体硅组件+0.1WMp平单轴跟踪式晶体硅组件+0.1WMp斜单轴跟踪式晶体硅组件+0.1WMp双轴跟踪式晶体硅组件组成。

示范区也是一个大型太阳能光伏发电的科研示范基地，在电站运行区间，将对“大型光伏电站并网技术的实验”、“各种太阳能电池组件性能的对比测试”、“大型光伏并网电站防雷接地的方案”等科研课题进行试验研究。配置有2500平方米的综合大楼，其中设有200平方米的科研示范展示厅，还设置有不同研究方向的实验室，可全面研究大型太阳能并网光伏发电的相关技术。科普区由云南电投新能源开发有限公司联合其他股东投资兴建，建设规模66兆瓦（一期为10兆瓦，分三期建成）。

3、石林光伏电站建设困难分析

就华能石林光伏电站整体建设而言，由于光伏发电的特殊性，电站相当于光伏设备及其它元件的用户，不涉及光伏发电系统各元件的生产，整个电站的建设主要部分仅是电站本身的设计、建设和后期运行维护，如下图黄色部分所示：

大型并网电站建设尚无行业标准，工程规模大，系统复杂；针对一个个在建设中面临的必须要解决的现实问题，华能石林光伏发电有限公司的员工和各施工单位，通过不断努力取得了巨大成功，摸索出了一套光伏电站建设的经验，今后的建设标准可能源自就出自华能石林光伏电站建设。

由于地址地形起伏变化大，电池组件安装必须整体上考虑地形变化，布置难度较大。加之参建单位未有建设大型并网光伏电站的经验，基础及支架设计不尽合理，施工中前所未有的困难，在各单位的研究协商，在设计院的研究指导下，根据具体情况不断摸索，各方面工作从小从细入手，通过近半年紧锣密鼓的建设，于2009年12月25日16时44分电站首批方阵4号方阵终于并网成功。

三、主流发电方式对比

1、火力发电的缺点

主要是二氧化硫、氮氧化物和粉尘对空气的污染。烟气中的氮氧化物含量可高达2000～3000mg/Nm³，这还是在煤质很好的情况下。二氧化硫、氮氧化物主要是形成酸雨酸雾。重庆珞璜电厂，当然，也不全是电厂的过错，因为那里本身也有几个陶瓷厂(现在已经停产好几年了。)、石粉厂、水泥厂等，粉尘污染很大。电厂烟气造成的酸雨酸雾严重腐蚀渝黔铁路的那条长江大桥，平均每年都要给大桥上一次防腐油漆……

以上主要是运行中对大气的污染；另外污水、固体废物也有。除了大气污染外，电厂运行时候的噪声污染也是很大的。当然，平时远离电厂对这些没什么感觉。

2、水力发电中水库建造过程与建成之后，对环境的影响主要包括以下几个方面： 自然方面：巨大的水库可能引起地表的活动，甚至诱发地震。此外，还会引起流域水文上的 改变，如下游水位降低或来自上游的泥沙减少等。水库建成后，由于蒸发量大，气候凉爽且 较稳定，降雨量减少。

生物方面：对陆生动物而言，水库建成后，可能会造成大量的野生动植物被淹没死亡，甚至 全部灭绝。对水生动物而言，由于上游生态环境的改变，会使鱼类受到影响，导致灭绝或种 群数量减少。同时，由于上游水域面积的扩大，使某些生物(如钉螺)的栖息地点增加，为一 些地区性疾病(如血吸虫病)的蔓延创造了条件。

物理化学性质方面：流入和流出水库的水在颜色和气味等物理化学性质方面发生改变，而且 水库中各层水的密度、温度、甚至熔解氧等有所不同。深层水的水温低，而且沉积库底的有 机物不能充分氧化而处于厌氧分解，水体的二氧化碳含量明显增加。

社会经济方面：修建水库可以防洪、发电，也可以改善水的供应和管理，增加农田灌溉，但 同时亦有不利之处。如受淹地区城市搬迁、农村移民安置会对社会结构、地区经济发展等产 生影响。如果整体、全局计划不周，社会生产和人民生活安排不当，还会引起一系列的社会 问题。另外，自然景观和文物古迹的淹没与破坏，更是文化和经济上的一大损失。应当事先 制定保护规划和落实保护措施。

3、风力发电缺点

首先，项目建设会影响当地的生态环境，如破坏植被、改变地形地貌，造成水土流失。项目建设可能会对当地的文物等造成景观影响。

其次，项目运营会产生电磁核辐射影响。最后，还应考虑项目的配套工程，如道路，生活区等造成的生态、水和大气的影响。风力发电项目比起上述水力火力发电对环境影响较小，但发电站选址建设要求较严，风力要求较高。

4、光伏发电优势分析

光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、逆变器、计算机监控等三部分组成，具有安全可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、无需蓄电池、建设周期短、无人值守、全自动运行等特点。建设期主要解决基础建设、电池方阵的安装调试、电缆铺设问题，后期运行维护较简单，基本不需投入较大成本。

四、光伏发电发展推广问题分析

随着石林太阳能光伏并网实验示范电站一期工程投产，问题也来了——因为太阳能电池组件造价高昂，发电成本可能在几元每千瓦时，发电企业的并网电价将直接决定着该产业的发展。另外如何更有效地降低光伏发电的成本？如何提高系统的稳定性？如何更有效地进行电站的运营以及后期电站设备的更新换代？

据调查，日本、法国都有全太阳能建筑小区，小区中每栋住房（或别墅）都用太阳能发电，甚至在主人外出休假期间，发出的电还可反送给大电网，不仅不赔本还可挣钱。既然太阳能发电有如此诱人的前景，又符合环保节能的国策，那么为什么我国推广不开呢？根据资料，有如下的因素制约着光伏发电产业在国内的推广和发展：

（1）成本较高 以10MWp光伏电站为例，总投资约为2.5~3亿，其中设备投资约占75%，主要是太阳能电池组件和逆变器。中国太阳能电池产能比较大，成本可能降低。蓄电池技术与国外相比尚有差距，逆变器是光伏发电的重要部分，但我国现在生产技术还有待提高，进口成本较高。

（2）光伏发电目前的成本仍然在1.4-2元/千瓦时 光伏发电难以并网，一是电价成本问题，二是并网对稳定性的影响。而国外，应用光伏的家庭都装有两个电表，一个是“正潮流”供电电表，供电部门收费；另一个是“反潮流”馈电电表，用来计算用户向电网反馈的电量，供电部门以此来给用户付费，这值得我国借鉴。

（3）建筑开发商对太阳能热水泵尚感兴趣，但对光伏发电不感兴趣。因为发电成本高，比现在的火力发电每千瓦时多2 元。另外，光伏发电初期投资太大，一栋6 000 m2的酒店若全部装上光伏玻璃，仅靠太阳能提供电力和热水至少得投资3000万元。（4）各高校对该领域的研究还尚待拓展，大部分高校虽然先后开设了新能源专业，例如华北电力大学的风能太阳能研究，但此专业发展研究还尚待升温，且教学内容应该以问题关键为切入点，解决电池板转化效率和成本的实际问题。（5）客观因素：就太阳能发电优缺点来说主要缺点是电池组件研究技术上的问题，太阳能光伏组件阵列是实现光电转换的主要器件，光伏系统的发电量大小除与电池板功率和运行状况有关外，还与能量的转换效率有关，客观来说效率是达不到100%的。另外受照射分布密度、昼夜及阴晴等气象条件影响较大。

5、结 论

近两年国际油价急剧攀升，除多种短期因素影响外，主要原因就是世界能源结构本身存在问题，对石油和煤炭等传统能源的依赖性过大。目前世界常规能源正处于开采和使用高峰期，并将逐步走向衰落，能源结构必将有根本性的变革。对我国而言，在主流清洁能源中，核能发电受技术和条件限制，风能和潮汐能发电受技术稳定性和区域局限性限制，生物能（沼气）发电受技术稳定性限制，而 太阳能光伏发电，尽管当前的成本较高，大约是生物质发电（沼气发电）的7～12倍，风能发电的4——5倍，太阳能与其他新能源相比在资源潜力和持久适用性方面更具优势，具有安全可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、建设周期短、无人值守、全自动运行等特点。建设期主要解决基础建设、电池方阵的安装调试、电缆铺设问题，后期运行维护较简单，基本不需投入较大成本，它是最适合当下发展的新型发电方式。且在光伏产业的不断壮大的趋势下，推动太阳能电池产业的主要因素如下：

（1）太阳能电池技术逐步成熟，产品成本快速下降；

（2）石油、煤炭等能源价格上涨，太阳能的替代作用将逐步显现；（3）全球环境保护意识快速提升，对太阳能等清洁能源的需求上升；（4）各国政府对太阳能电池产业的政策扶持和价格补贴。

近年来我们政府和国家大力扶持光伏产业发展，尽管现阶段发电运行成本较高，一切社会行动我们在做之前都进行代价——利益分析，但是我们要把对子孙后辈的影响算到代价里边去，考虑长远利益，加大公众影响的力度。在提倡环保持续新能源和创新科技的形势下，提高光伏发电的影响力和研究热潮。这样光伏发电技术的创新和成熟才能更进一步。

五、实践心得体会

本人于2011年一月到云南昆明石林县华能石林并网光伏电站，进行了为期三个星期的实习调研。基本了解了光伏发电的基本原理以及整个光伏电厂的建设经过，对我国光伏发电产业和其他新型发电方式也有了较深的了解，同时也深深感受到了现代化企业的规范和科学管理。

我所在的生产部门有员工七人，主要负责整个电厂一期工程的建设管理及电站运行维护。期间正值寒冬腊月，去的第二天便开始下起了当地的第二场雪，当天发电量5663.7千瓦时，第二天天气晴朗仅一上午就发电23689.6千瓦时，总发电量最终达到44713.6，据站内近半年的发电统计最高日发电量突破过60000千瓦时。

据了解，整个电站从基础建设到发电投产仅用了半年多的时间，整个项目建设主要就是靠生产部的师傅们加班加点协调各大施工单位完成的。所有的太阳能发电站点都是由该部监控和管理，当监控中心发现有问题，工作人员会马上到站上查明到底出了什么问题，再协调相应的部门和设备厂家前去维修处理。在电站 8 定期巡查的时候，我便在师傅们的指导下把设备的名称，类型，个数，型号等统统做了了解和统计。

由于太阳能光伏发电有自己的特殊性和优越性，发电量伴随太阳光的强度而变化，每天需要记录各方阵变压器的温度和其他数据统计。整个运行过程基本不需要调控和监管，只要在故障显示的时候及时联系相关厂家或自行维修处理。

在实习的第三天我们排除了一个故障，就是其中一台自动双轴跟踪系统出现了断线的故障。经过检查后是由于线路排布没能跟上转动系统，在放线和线路重排处理后设备便正常运行了。我也由此了解了三种跟踪系统，它采用的是主动式跟踪控制策略，通过冥王系数计算得出太阳在天空中的方位，并控制光伏阵列朝向。在无人值守的光伏电站中也能够可靠工作。与固定式安装方式相比较，平单轴跟踪系统安装方式提高10%，斜单轴跟踪系统提高20%，双轴跟踪系统可以提高至少30%的发电量，并且其可靠性达10年之久。实习的第三天天气晴朗，我跟随生产部的师傅走遍了电站的每个电池方阵和电站的升压站，了解了电站的基本构造、电站建设的基本过程以及各种设备的主要原理及用途。

实习期间的一天下午三点左右，检测到故障显示，在下午七点远程操控断闸后，我便尾随师傅便到了配电室，检查后发现，在十号开关柜发现了一个老鼠窩，老鼠咬断了两根单芯光纤，在联系电信公司的师傅们后我们又到配电室，观看了师傅进行光纤熔接的整个过程，一天的实习中，了解了配电室的结构和工作状况，也身临其境的了解了闸刀远程控制。我也还是力所能及地做好扎线、刀闸分合测试、场地清理等工作，增加了自己的实际工作经验。

此外，在工作中我还充分认识到了安全生产的重要性。从进生产部的第一天起，我们就了解相关安全教育知识。通过学习，强化了我的安全生产意识。在后来的实习过程中，我严格遵守在施工现场穿工作服、戴安全帽的规定，也看到工程负责人对设备检修员工安全防范的严格要求，把“安全第一，预防为主”的思想落实到了日常工作的每一个小细节中。

设身处地我能想到做到的是什么呢？

作为一名运行值班人员，第一，我需要全面了解所在企业部门的总体情况，熟知公司的各项管理制度和自己的工作职能;通过实地走访了解整个电站的建设过程，构造，运行过程和所有设备的工作原理及故障情况；主要看电站运行以来 的故障记录，做好相关数据记录和分析对比报告，以便在相应时期做好相应监管和改进工作;第二，熟知各运行设备的基本工作原理和组成结构，熟悉好相关施工单位和设备厂家负责人，以便在问题发生时协调好相关部门，及时解决问题；

第三，整理好自己的办公桌以及办公室的清洁卫生，保存整理文件资料和电脑文档资料，积极完成相关工作报告的撰写，配合好领导的工作；

第四，积极参与公司大小报告、工作会议和工会活动，学会倾听，学会沟通和表达意见，能适时适当的找相关领导谈话增进了解，争取学习交流机会；敢于果断处理问题，敢于承担责任，自己不能处理时虚心请教，及时求助；

第五，在工作之余积累相关行业多元信息，包括经济和项目管理、财务会计、项目计划，了解高新先进技术、计算机新技术应用等，有备待用，为将来的长远发展积累经验和资本。

第六，实践中还体会到了企业正规化和现代化，企业管理中的每个细节完善，如工会活动的丰富多样，工程项目管理的全瞻性，从小从细，根据实际情况变通方案的思想。

就今后的学习而言，全面发展，实力才是硬道理。继续锻炼自己待人接物、沟通表达、坚持忍耐的能力，多多学习了解专业内外的知识，认真总结，提升自我综合素养；努力且针对性地进行专业课的学习，更好地把实践中了解到的知识结合好课堂所学，焕发自己的青春与热情，使自己在基层得到锻炼的同时更好的完成学业，以便日后投入到实际工作中，为社会做出卓越贡献。

大型地面光伏电站设计建设 篇5

1、中利腾晖简介

2、项目概况

3、项目优化设计与经验总结

4、项目运维经验与优化

中利腾晖简介

中利腾晖是由中利科技（深交所上市公司，股票代码002309）投资的一家光伏太阳能企业。公司总投资额达8.5亿美元。引进德国、日本及意大利全自动太阳能电池片及组件设备生产线，建设21万平方米独立生产厂房，太阳能电池片组件产能可达到3吉瓦。中利腾晖已经日渐成为国内规模最大、科技含量最高的光伏制造型企业之一。

公司已经从国内外引入200多名行业内的研发、工艺及市场精英人才，组建形成了一家管理现代化的新兴光伏企业，目前公司员工接近4000人。

公司于2010年12月正式开始运作，截止2013年年底，公司产品生产产能达到1.5吉瓦。公司所有产品均已通过欧洲VED产品认证、北美CSA产品认证、德国TUV产品认证、美国UL产品认证、澳大利亚CEC产品认证以及中国金太阳产品认证。

产业链定位

上游战略合作伙伴-----太阳能电池片及组件制造组件及服务供应商-----系统集成应用

专业的系统集成服务 公司设有光伏系统事业部，提供地面或屋顶大型光伏并网电站、小型并网/离网光伏发电系统、光伏建筑一体化等项目咨询、设计、系统集成和工程总承包服务，为客户提供光伏发电系统整体解决方案或系统工程一站式服务。

公司拥有光伏系统集成专业队伍，成员来自于国内外知名光伏系统工程企业、高效、研究设计院所，拥有丰富的研究、设计、工程经验，公司于各电力设计院保持密切合作关系。

公司以客户利益为核心，近三年来，国内外共完成1GW大中型光伏电站的建设。

系统优化设计

一、组件串并联数量优化设计

二、阵列前后排间距优化设计

组件的遮挡对发电量的影响

三、MW阵列单元优化设计

组件与逆变器的容量比，需考虑直流侧损耗，组件的衰减，逆变器的过载能力等。

华为SUN8000过载能力20%。

四、组件之间串联走线方式优化设计

对于上下排布置的组件阵列，采取上、下排组件各自组串方式，还是上下组件连接组串？

五、缩短组件接线盒引线优化设计

带来成本降低、压缩的减小、接线的方便快捷

六、站用辅助电源的优化设计

七、组串联逆变器代替集中式大型逆变器设计

八、组串式方案与集中式方案相比，初始投资已经基本持平。

中利腾晖系统集成技术优势（1）组件性能匹配技术，提高电站效率

利用腾晖电力制造电池片和组件的优势，从硅片筛选分级、电池片测试分档、组件内部串联匹配一直到增强组串的匹配性设计，降低组件匹配塑损失，保证电站发电功率的最大化。（2）选用先进的高性能设备，确保电站可靠性

采用先进逆变器、汇流箱和高功率密度逆变升压设备，减少材料用量，降低设备成本；具备低电压穿越、功率因数可调、智能监控等功能，提高电站可靠性。（3）综合布线优化技术，降低损耗

进行直线、交流综合布线优化设计、集电网络设计及线缆选型，降低线路损耗及线缆量。

（4）快速反应，施工合理、安全、可靠，加快电站建设速度。

项目管理和建设

中利腾晖光伏项目采取项目经理责任制，引进国际先进项目管理理念，严格执行项目管理5大过程组，详细制定项目管理计划。

经验分享

1、项目选址对项目的建设、成本和收益影响巨大；

2、光伏系统成功的关键是高质量的工程设计； ①选择合适的方案，包括与地形匹配，对成本和收益的影响 ②主要部件选型（组件，逆变器）直接影响项目收益

3、需要有周密的项目策划和切实可行项目行动计划；

①方案的设备易采购、易齐套、易实施

4、光伏接入系统的早期规划和设计，接入电网相关手续的办理，是电站成功并网发电的前提条件

运行维护要点：

一、建立完善的技术文件管理体系 主要包括：

1、建立电站的设备技术档案盒设计施工图纸档案

包括：

①设计施工、竣工图纸

②各设备的基本工作原理、技术参数、设备安装规程、设备调试步骤 ③所有操作开关、旋钮、手柄及状态和信号批示的说明 ④设备运行的操作步骤 ⑤电站维护的项目及内容

⑥维护日程和所有维护项目的操作规程

2、建立电站的信息化管理系统

利用计算机管理系统建立电站数据库，内容包括两方面 ①电站的基本信息：气象地理资料、交通信息等

②电站的动态信息：电站供电信息、电站运行中出现的故障和处理方法。

3、建立电站的运行期档案

日常维护工作主要是每日测量并记录不同时间系统的工作参数，主要内容有： ① 日期、记录时间 ②天气状况 ③环境温度

④逆变器直流输入电流、电压 ⑤开关柜输出电流、电压及用电量等

二、完善维护管理的项目内容

1、光伏板的清洁 ①清洁周期：一个月

②清洁工具：清水、干净的软布，切勿用有腐蚀性的溶剂或用硬物擦拭。

③清洁时间：没有阳光的时间或早晚，光伏组件被阳光晒热的情况下用冷水清洗会使玻璃破裂。

2、检查方阵之间的连接是否牢固。

定期检查螺丝是否脱落钢构件支架有没有锈蚀

3、支架与接地系统的连接是否可靠

4、箱式变电站的维护

主要有：①防水：爱热水蒸气损坏设备②隔离：小动物等进入。

5、高低压配电线路

①架空线路日常巡检主要是检查危及线路安全运行的内容，及时发出缺陷，进行必要的维护。

②线路老化及时解决，以免发生意外

三、加强人员的培训 主要针对两方面的人员进行：

① 对专业技术人员进行培训，针对运行维护管理存在的重点和难点问题，组织专业技术人员进行各种专题的内部培训工作，并将技术人员送出去进行系统的相关知识培训，提高专业技术人员的专业技能。②对电站操作人员的培训，经过培训，使其了解和掌握光伏发电的基本工作原理和个设备的功能，并要达到能够按要求进行电站的日常维护工作，具有能判断一般故障的产生原因并能解决的能力

四、建立通畅的信息通道

设立专人负责与电站操作人员和设备厂家的联系。当电站出现故障时，操作人员能及时将问题提交给相关部门，同时也能在最短的时间内通知设备厂家和维修人员及时到现场进行修理。

光伏电站系统设计报告 篇6

电气工程及自动化

基于PLC的船舶电站监测系统的设计

一、主题叙述本课题在国内外研究发展的动态，说明选题意义

1.1本课题研究目的作为一个可移动的海上城市——船舶，它的很多设备都必须使用电能，所以在船舶上都必须配备有由发电装置、配电装置和用电装置组成系统，即船舶电力系统。船用设备中随着船舶自动化程度的不断提高，需要用电来控制和驱动的地方也越来越多，故而自动化程度随着船舶电力系统的日益复杂、庞大，也变得越来越重要，现在的主要方向发展有：数字化、集成化、网络化、标准化以及智能化。并且电站自动化程度在船舶电站供电可靠性和连续性质量指标中是一个十分重要的环节，对其进行设计研究具有很重要的现实意义和经济价值。

船舶电站自动化监测系统的主要目的是在提高运行经济性的基础上保证供电过程的安全、可靠，并尽可能的改善船舶上恶劣的工作环境。因此要求能够实现以下功能：柴油机组自动起动、停机控制；重要负荷分级自动起动；发电机组状态控制；自动分级卸载；自动并车；自动调频调载；励磁调整及无功功率自动分配；电力系统及发电机组的自动巡回检测；重载询问；电力系统保护；电网；总体控制等。本文以船舶电站监测为研究对象，采用三菱PLC控制器中的FX2N系列与船舶电站相结合来实现自动化，着重设计了柴油机组自动起动和停机部分，完成了对船舶电站监测装置的部分软、硬件设计，提升了船舶电站的自动化程度。

1.2课题的国内外研究状况

在经济体全球化的发展过程中，船舶作为一种重要的交通工具承担着超过90%的国际贸易货运量，扮演着无可替代的角色。适应新出现的船舶运输要求，电站在船舶上是一个重要的辅助动力装置，给船舶辅助机械和全船提供必要的电力。船舶动力系统是船舶的重要组成部分，是产生连续的供应电力的发电设备，原动机、发电机、附属设备以及配电板共同组成了船舶电站。船舶通过电气机械及设备的数量来选择发电机的容量，一般采用的频率为50赫兹和60赫兹的400伏三相交流电。与陆地上电站相比，船舶电站有电站容量小；船舶电气设备工作环境比陆地恶劣，影响设备工作的可靠性、正确性和使用寿命；船舶电站发电设备和用电设备之间的直线距离很短，故而在计算电网压降时有可以忽略电缆电抗的特点。

船舶电站自动化控制系统的发展大体经历了4个阶段：由继电器和接触器所构成的有触点控制系统；由分立元件和集成元件所构成的无触点控制系统；大规模、结构化、模块化的集成电路控制系统；现在己经发展到了微机控制系统。

这使控制系统中控制部分所占的体积、重量减少，整体工作可靠性大大提高。而控制方式也由硬件控制为主变为以软件控制为主，这使功能的组合与扩展变得更加的简洁、方便。由大型机集中控制方式向多微机分散控制方式转变的计算机控制使控制系统的工作可靠性进一步的提高，继而出现由多级计算机共同构成的分布式控制系统

。目前己经形成了较为完整的船舶电站自动化的管理系统。

随着船舶的大规模化、自动化、自动控制技术和电子信息技术的快速发展，船舶的自动化水平变得越来越高。随着对船舶电站自动化的程度要求也越来越高，二十年来船舶电站的自动化发展非常的迅速，自动监测水平也得到了进一步的提高。船舶电站自动化技术的主要发展方向有以下四个:

（1）通过模拟信号的信号处理加工开发，信号处理尽可能的使用数字量进行处理和通信。

（2）从大型机计算机集中控制，多机控制分散控制的发展，大大提高了工作的可靠性，那么光纤通信、网络技术的应用由多计算机构成了分布式控制系统。对逆功率，过流，欠压等参数，实现了监测控制、报警；频率、功率因数、电压、电流、功率等参数和并关状态也有软配电屏进行指示。在任何时间点或选定点，实现所有的打印记录。它可以取代传统的通话记录。当参数的值超出检测范围，则有声音报警，并自动打印记录，上下设置了测量参数限制值，可以很容易地修改。

（3）从传统的继电器分立元件的形式来控制到无触点控制的发展，大规模和模块化的集成电路结构。使用电脑，例如可编程控制器。使控制部分的体积、重量大大减小，减少了工作量、提高了可靠性。控制也是从硬件控制为主变为软件控制为主的，这样使功能的扩展与修改变得很方便，维修方便，模块具有很强的通用性。

（4）船舶自动化领域正在增加嵌入式系统的使用。嵌入式监测系统在船舶电站中按结构可以分为管理、控制、设备三层。其中对电站进行的集中控制、管理，由管理层完成；数据采集、控制发电机组则由嵌入式控制作为主机的控制层来完成；设备层控制器位于发电机旁边，方便检测发电机组的运行参数和发现问题时进行报警。用工业以太网连接管理层和控制层；用CAN总线连接控制层与设备层，三层之间通过各种数据的交换和应对。最终得到高度自动化、智能化、网络化的改进型船舶电站监测系统。

嵌入式控制主机的控制层有数据采集和控制发电机组的功能，而与设备层的控制主机可以通过CAN总线连接。采集电站运行参数，如发电机组的有功功率、功率因数、三相电流，电网中各节点的电压、频率等。可以控制发电机组起动、停机、加速、减速、应急起动、应急停机；可以控制发电机主开关的分断与闭合；还可以对发电机故障进行报警，并且检查故障原因和进行故障处理。

管理层是监控系统的最上层，位于中央控制室的监视终端。可以通过电站运行信息，对船舶电站的运行状态进行集中的控制管理；可以根据电站实际运行情况进行调频、调载；可以对发电机故障进行报警；还可以对在电网运行的故障发电机组自动换机。

设备层控制器在发电机组旁边。以便就近对机组进行运行参数检测，如柴油机的冷却水温度、滑油压力、转速等。可以直接控制发电机组起动、停机、加速、减速、应急起动、应急停机；还可以在运行参数超过设定的报警值时进行报警；当机组滑油压力过低、超速、冷却水温度过高时自动对机组进行应急停机。

船舶电站嵌入式监控系统中控制层、管理层和设备层需要相互协调工作，方能实现电站整体得自动或半自动运行。对发电机组与主配电板实施各种有效的保护措施，提高船舶电站运行的整体可靠性。

提高船舶电站自动化的水平有许多优点：一是能够提高船舶电站供电的可靠性和连续性，提高电站供电的品质和电量，并增加船舶的生命力；二是改善了船员工作的条件，减轻了值班的强度；三是提高了船舶航运的经济指标。

目前，我国的船舶电站控制系统都是以集散型控制方式为主。而可编程控制器（PLC）的优越性使得将PLC应用到船舶电站自动化监测系统中，一定可以提高船舶的网络化和智能化水平。

1.3课题意义

船舶电站是船舶电力系统的重要组成部分，电站运行的可靠性和经济性对保证船舶安全航行营运具有重要意义。随着计算机和网络技术的发展及其在现代船舶上的应用，船舶电站的管理和操作越来越趋向于自动化与智能化。

提高船舶电站自动化的水平有许多优点：一是能够提高船舶电站供电的可靠性和连续性，提高电站供电的品质和电量，并增加船舶的生命力；二是改善了船员工作的条件，减轻了值班的强度；三是提高了船舶航运的经济指标。

目前，我国的船舶电站控制系统都是以集散型控制方式为主。而可编程控制器（PLC）的优越性使得将PLC应用到船舶电站自动化监测系统中，一定可以提高船舶的网络化和智能化水平。

二、研究的基本内容，预备解决的主要问题：

(1)查相关资料，熟悉当今船舶电站监测系统的发展方向。

(2)学习可编程逻辑控制器的使用，了解三菱FX2N系列PLC以及PLC在船舶电站监测系统中应用的优势。

(3)了解船舶电站监测系统的组成和工作原理。

(4)对船舶电站监测系统进行硬件设计。

这里我主要对船舶电站中的船舶辅机进行设计：设计了船舶电站的自动起动和自动停机及部分外部电路。

(5)对船舶电站监测系统的软件设计

这里我主要也是对船舶电站监测系统进行软件设计：设计了PLC控制船舶电站原动机自动起动和自动停机的程序。

三、研究方法、步骤以及措施：

方法步骤：

(1)了解现行船用PLC监测的船舶电站系统的技术

(2)分析相关基于PLC的船舶电站监测系统

(3)基于PLC的船舶电站监测系统的设计

(4)分析设计成果

(5)得出结论

措施：首先在图书馆查找相关的书籍、期刊等文献，其次通过上网查找相关的一些文献资料，并了解当代对该技术的最新的动态和研究成果。进一步的理解和准备系统设计所需的相关知识要点。在设计过程中要及时与指导老师探讨，定时汇报设计进度，有不了解的问题及时向老师、同学以及专业人士请教。

四、参考文献：

光伏电站系统设计报告 篇7

随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出, 太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点, 已成为世界各国关注和重点发展的新兴产业[1]。

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应, 也即利用光生伏特效应原理, 将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。主要由光伏电池板、汇流箱、并网逆变器、配电柜及其他设备组成[2]。

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统, 并网光伏发电又分为集中式大型并网光伏电站和分布式小型并网光伏电站, 而分布式小型光伏发电由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点, 是并网光伏发电的主流。

1 分布式光伏发电系统的主要设备

(1) 太阳能电池板:光伏组件是室外安装的发电设备, 是光伏电站的核心设备, 具有非常的耐候性、能在室外严酷的环境下长期稳定可靠地运行, 同时具有高转换效率。其性能特点如下: (1) 25年产品功率质保、安装方便、抗风、抗冰雹能力强; (2) 组件衰减少, 十年内输出功率的衰减小于10%, 二十年内输出功率的衰减20%, 年平均衰减小于0.8%。

(2) 直流汇流排箱:汇流箱最多可以连接24路直流输入, 并且为光伏组件提供保护和监测, 可以优化电缆连接, 缩短系统停机时间, 方便维护。其功能要求如下: (1) 采用光伏专用高压直流保险丝, 对正、负极同时保护; (2) 满足同时接入多路太阳电池组串, 每个正、负极接线端子接一路光伏专用熔断丝; (3) 采用光伏专用防雷器, 工作电压达到直流1 000 V; (4) 能够接入最大太阳电池组串开路电压 (最大直流电压) 为1 000 V以上。

(3) 并网逆变器:其功能要求如下: (1) 逆变器应具有过载、短路、电网断电、电网过欠压、电网过欠频保护和告警功能; (2) 逆变器采用太阳电池组件最大功率跟踪技术; (3) 逆变器400 V/50 Hz输出高效、节能、安全; (4) 功率因数、有功和无功功率可调/可控, 低电压穿越, 防孤岛保护; (5) 采用技术先进成熟的逆变技术, 具有高转换效率; (6) 具备防雷保护措施; (7) 拥有优良的冷却通风系统。

(4) 低压开关柜:按用户要求配置。

2 智能监控系统的硬件与软件部分

监控系统包含光伏电站主要设备及光伏电站的数据采集、低压开关柜保护测控装置运行状态监控、电能质量数据采集、数据上传等功能。

2.1 智能监控系统的硬件部分

整个系统由中控室监控系统、通讯网络、现场智能监测设备组成, 系统网络结构图如图1所示。监控系统安装在中央控制室, 包括一台监控电脑及用于报表、曲线及报警打印的打印机;通讯网络由以太网工业交换机、通讯管理机以及通讯电缆、光纤组成;现场智能数据采集器用于光伏电站中采集、监控逆变器的工作状态及运作信息, 以及开关柜、电表、汇流箱与环境检测仪等设备数据, 不仅可以实时传输所监测设备的数据至后台上位机, 还可以接收来自电网调度中心的开关量控制指令或者模拟量控制指令, 实现对逆变器有功功率、无功功率、功率因数、开关机等远程操作, 实现远程调度功能。通过光纤以太网与中控室监控电脑连接, 使整个系统实现对光伏发、配电的监视、分析和管理[3]。

2.2 系统软件功能

系统功能拓扑图如图2所示。

(1) 设备运行监测功能:系统自动采集汇流箱、逆变器、并网开关状态、环境检测仪、电表、开关柜、无功补偿器等设备的各类实时数据, 然后进行数据处理, 以达到对设备的运行状态进行监视、性能参数进行检测、环境设备进行控制的功能。

(2) 数据传输功能:系统能上传实时采集到的数据, 并能够对数据缓存, 当网络中断和恢复时, 自动补传数据, 保证数据的完整性和可靠性。

(3) 设备控制功能:系统能接收现场智能监控设备的控制指令, 并及时将命令下发到现场设备, 在现场设备执行命令后, 及时将运行结果上报到监测中心。

(4) 自动化配置功能:系统能根据当前监测点的信息, 进行基本参数的自动化配置, 使布署和维护更加方便。

(5) 数据加密功能:为了保证数据可靠性, 系统能够对传输的数据自动加密和解密, 并能根据传输的数据自动识别密码。

(6) 报警管理功能:

(1) 实时报警功能:系统能实时反映当前的故障信息, 并对故障信息自动归类、分级, 并提供声、光、电等提醒方式;

(2) 历史报警信息功能:系统能对历史报警信息进行综合分析统计, 为提高产品质量提供运行数据支撑。

(7) 工单管理和日志管理功能:系统能够记录用户所有操作并定时进行操作审计工作。

(8) 用户管理功能:系统能够对用户增加、删除、锁定、解锁、用户组管理、缺省配置等进行管理。

(9) 统计报表模块功能:系统能为管理人员提供需要的功能报表, 有日、月、季、年等不同方式, 以及电站的分时段发电量报表。

(10) 数据存储和数据挖掘功能:

(1) 系统能存储25年的配置数据, 并能够追溯历次修改原因, 能随时调阅存储的数据;

(2) 系统能从年运行的海量数据中挖掘出效果好的设备, 并能对这些数据进行长期存储20年以上。

(11) 发电量预测和诊断功能:系统能对发电站上空的云层情况, 未来的相应时间段的发电量进行预测。对恶劣天气情况能够预警, 提前对设备采取适当的保护措施。

(12) 视频监控功能:系统可以监视到每个模块, 从而实现“遥视”。

(13) 微网监控功能:监控系统需能够监视微网系统光伏逆变器、负载、独立逆变器、上位机、数据采集器等设备的工作状态, 能够对光伏逆变器进行限功率控制, 亦能够对光伏并网逆变器、光伏模拟器、智能电表等进行遥测和遥信。主要实现削峰平谷、峰谷电价差以及调压调频的基本功能。

(14) 金太阳住建部接口功能:给金太阳和住建部提供数据接口。

3 工程实例

某大型设备加工厂, 利用其现有的可有效利用的10 000 m2的屋顶, 根据用户的实际情况, 按以上的设计方案, 建设了一个发电量为1 MW的光伏项目。

3.1 系统组成

系统组成见表1。

3.2 光伏发电系统的主要设备

(1) 太阳能电池板:多晶硅250WP, 4 000块, 其性能要求如下: (1) 高效率的晶体硅太阳能电池; (2) 抗老化EVA胶膜及优良耐候性TPT背板; (3) 阳极氧化处理铝合金边框及防水接线盒; (4) 高透光率, 采用高透光率低碳绒面钢化玻璃封装。

(2) 直流汇流排箱:采用防护等级达到IP54/65, 能满足室外安装要求的密封型机柜, 并行连接16路直流输入汇流箱12个, 同时具有以下功能: (1) 组串电流异常报警; (2) 组串电压异常报警; (3) 防火灾报警功能; (4) 防雷器失效报警; (5) 开关状态监测; (6) 分析电流量, 对有故障的光伏阵列报警; (7) 能接收本地监控装置的参数下载, 进行分析处理的汇流箱。

(3) 并网逆变器: (1) 能够清晰显示实时各项运行参数, 实时故障数据, 历史故障数据, 总发电量数据, 历史发电量数据; (2) 多种通讯接口, 接受MODBUS RTU和MODBUS TCP/IP通讯协议, 与后台监控软件具有良好的兼容性的逆变器1套/2台。

(4) 现场智能数据采集仪:选用可监测环境监测仪、并网逆变器、光伏汇流箱、电表、配电设备的实时运行状况, 还具备接收和执行网络调度指令的功能的现场数据采集仪4台。

(5) 监控系统:可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、电表、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监测, 为上层数据中心提供丰富的数据接口。

(6) 低压配电柜:满足用户的用电要求。

3.3 发电量及投资收益分析

(1) 项目基本条件:见表2。

(2) 静态经济分析:见表3。

(3) 动态预测性经济分析 (收益增长部分) :见表4。

(4) 节能减排量分析:从表2、表3、表4、表5看到, 分布式光伏电站的项目建设投资小、建设快、政策支持力度大、减少污染气体排放, 环保效益显著, 尤其广东省碳排放交易市场已启动, 动态预测性经济收益将会更大。

4 项目实施效果

此系统运行使用两年多, 证明该系统技术先进、可靠性高;污染小、环保效益突出;能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况;发电抗灾能力强;调峰性能好, 操作简单, 便于灵活调度;可以发电用电并存[4]。

随着我国金太阳项目从2009年开始, 截止到2013年6月, 分布发电项目共525 MW纳入到补助范围。此后, 国家能源局、财务部、国家电网公司对“分布式光伏发电项目”出台了一系列的利好政策, 分布式光伏发电项目的建设, 符合我国21世纪可持续发展能源战略规划, 为企业可持续发展提供长期的动力保障。

摘要：对光伏发电站的构成、技术特性及其监控系统的内容进行了叙述, 并结合工程实例, 再现光伏电站的节能、环保功效。实践证明:分布式光伏发电的项目建设, 既符合国家能源战略规划, 又能为企业可持续发展提供长期的动力保障。

关键词：太阳能,光伏发电站,构成,技术特性,智能监控系统

参考文献

[1]中华人民共和国工业和信息化部.太阳能光伏产业“十二五”发展规划[Z].2012.

[2]中国新能源网.太阳能光伏发电基本原理[EB/OL].www.china-nengyuan.com/tech/16645.html.

[3]阳光电源股份有限公司.光伏监控软件[Z].2012.