摘要：当前，大型并网光伏电站在全球各地蓬勃发展，但不同厂家的光伏逆变器、汇流箱等产品无法兼容，导致光伏电站设备监控与升压系统监控未能有效整合，光伏电站的运行、维护、管理水平落后。本文借鉴数字化变电站管理技术的应用，研究了光伏电站数字化管理的特点、系统构成和功能组成，提出了数字化光伏电站管理的概念。
0引言
随着太阳能光伏发电设备成本的降低和技术成熟，近年来光伏发电发展迅速，光伏装机量逐年递增。特别是日本核辐射事故，加重了人们对核安全的担忧，各国政府加大了对以光伏为代表的新能源的投资。可以预计，光伏发电将成为未来能源体系的重要组成部分。
太阳能光伏技术(Photovoltaic)是将太阳能转化为电能的技术，光伏发电系统是由光伏电池板、控制器、电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能，并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换，并入电网或直接提供负载使用。
当前我国大型并网光伏电站拥有一系列来自不同厂商，不同技术发展水平的光伏产品和升压站输变电保护装置。这些产品采用各自的通讯接口和通讯协议，导致设备间彼此无法兼容，阻碍了光伏电站一体化管理水平的提高。
数字化光伏电站概念
数字化光伏电站的变革亟待解决。笔者认为，目前数字化、信息化的概念已经深入到各行各业，数字化技术和产品已经在国民生产和人民生活中发挥了重要作用。光伏行业发展到一定程度，也必将向数字化产业发展。笔者在光伏电站建设、运行维护中深刻感受到目前光伏电站设备产品不兼容带来的困难，结合数字化变电站的要求提出数字化光伏电站的概念。
数字化变电站建立在IEC61850通信规范基础上，是能够实现站内智能化电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，数字化变电站由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
并网光伏电站示范图
当前，数字化光伏电站的概念尚处于萌芽阶段，笔者认为，数字化光伏电站的概念应该以电力系统数字化为基础，从数字化变电站中延伸和拓展出来，全面的数字化光伏电站应具备以下几个特征：(1)数字化光伏电站应满足并具备数字化变电站IEC61850标准的特征;(2)数字化光伏电站应建立统一的设备通讯和协议接口标准;(3)数字化光伏电站在基站数据传输和远程传输管理上能够实现数字化无缝融合。
数字化光伏电站的实质是，利用数字化和信息化技术，来统一标定和处理光伏电站的信息采集、传输、处理、通讯，整合光伏电站设备监控管理、状态监测管理系统、综合自动化保护系统，实现光伏电站数据共享和远程管理，提高光伏行业数字化水平。
数字化光伏电站系统架构
借鉴我国现有数字化变电站和工程实践经验，提出数字化光伏电站的架构体系。系统分为三个层：基础监测层、数据传输层、功能拓展层。
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、运行告警发现与通知、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。
光伏电站监控总体架构图
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，最终实现光伏电站数字化体系架构。
基础监测层
基础监测层是数字化光伏电站的基础层，它包括设备监测、运行控制、光伏电站基体监控等组成。统一化规约各个厂家设备通讯接口、通讯协议、传感器配置，解决光伏电站设备不兼容、数据无法共享、升压站监控系统和电站监控操作系统不一致等问题。
设备监测
数字化光伏电站对站内所有光伏设备的通讯接口、通讯协议进行统一规约化标定。对设备运行情况、关注度高的数据、整体告警信息等数据进行监控。
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。其中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、总发电量)。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。
光伏电站中涉及到的监控设备种类较多，包括光伏系统相关的光伏组串、汇流装置、逆变器、环境监测仪;安防装置(摄像头、门禁等)、保护装置(高压开关、直流接地等)、计量装置(电量/电压/电能质量相关计量仪器)等。
运行控制
数字化光伏电站不仅能数字化、一体化监测光伏电站的设备，而且能够规约化管理光伏电站的运行状况：处于运行、关机、故障等的设备状态、逆变器的部分运行状态(如当前的实时总功率、总发电量)，整体告警信息，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。
光伏电站基体监控
单个光伏电站监控系统对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、运行告警发现与通知、数据查询分析、设备运行管理。
数据传输层
站内数据传输
光伏电站站内数据传输根据不同的传感器设备和光伏电站建设硬件条件，采用光纤、通讯电缆、Zigbee、WI-FI技术的无线传输等方式，将数据传输到单体光伏电站监控后台和卫星传输输出接口。
数字化远程传输
数字化光伏电站的信息传输发展到一定程度定会与互联网、物联网等现代化的通讯、传输模式相结合，逐步实现远程化、无人化管理。
功能拓展层
设备管理
通过设备的监测信息提供的技术数据，对设备进行对比分析和管理，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，随时了解各台设备的使用情况。
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。
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。
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。其中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、总发电量)。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。
光伏电站要实现无人监控，如果要实时、全面掌握光伏电站的运行状况，视频监控就显得至关重要。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、警报通知进行紧密结合，在单设备监测界面和警报通知信息的查看界面，亦同时显示该设备的实时视频影像。
任务管理
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。
设备控制用于控制设备控制指令的下达，包括与状态管理，了解待控制设备是否处于适宜控制状态，发信号给管理系统锁定或解锁定某个设备等。
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。
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。
结论
本文针对现有光伏电站运行管理存在的问题，结合数字化变电站的模式，提出了数字化光伏的概念，并对数字化光伏电站的架构进行了分析，指导工程项目实践。数字化光伏电站以规约化的设备规范为基础，以数字化的通信传输技术为手段，实现光伏电站数字化应用，同时将光伏电站管理和电网运行管理实现无缝对接，逐步实现数字化光伏电站少人、无人化管理。将大大提高光伏电站的管理水平，降低运营维护成本，为光伏电站产业化清除障碍。
