可再生能源发电的测量、评估与监测系统

# 可再生能源发电的测量、评估与监测系统 ## 1. 可再生能源发电现状与需求 在电力领域，实现可再生资源的大规模整合以及提升电网的“智能性”，需要大力发展电力网络管理系统。在分布式能源资源（DER）中，光伏（PV）能源发展突出，具有安装简单、可靠性高、零燃料成本、低维护成本和无噪音等优点，已成为全球装机容量第三大的可再生能源。 然而，随着大型太阳能公园的增多，光伏能源的可变性成为显著问题。解决这一问题可借助存储系统，这就要求实时管理电力系统中的功率流，同时需详细了解设施的生产模式，以优化经济资源投资。未来智能电网需实施高效的监测和控制技术，以应对光伏电力的高渗透率，提高运行性能。 ## 2. 光伏监测的重要性及作用 为使光伏电站可调度，需全面了解其各组件的运行模式，这具有多方面作用： - **评估预测系统与检测故障**：定期对比设施的实际生产与预测系统的预报，确定偏差，评估预测系统并检测设施故障。 - **优化生产与降低损失**：明确设施各组件的实际运行范围，优化生产，减少损失原因，检测设计故障或正确选择系统组件。 - **完善能源信号诊断**：通过提高测量采样频率，依据 IEC 61000 - 4 - 30 标准，实现对注入电网的能源信号进行更全面的诊断，包括实时电能质量（PQ）分析。 - **实施预测性维护**：采用诊断、监督和检测故障的技术，增加组件的运行时长和长期稳定性，提高生产过程效率和盈利能力。 - **灵活调整能源输送**：根据系统运营商的要求或与控制中心预先商定的生产计划，调整设施向电网输送能源的方式。 ## 3. 光伏监测系统的应用 ### 3.1 系统概述 近年来，对发电预测程序需求的分析兴趣不断增加。为解决运营中心对电力供应管理的问题，部署了包含先进传感器和通信网络的智能控制系统。该监测系统基于 IEC 61724: 1998 标准（即将被 IEC 61724 - 1 取代）记录环境和电力生产测量数据，以及 PQ 测量数据。这些数据可用于全面监测组件性能、量化损失机制和检测故障。 ### 3.2 系统架构 监测系统的架构基于 6 - MW 光伏电站的特点设计，其结构包括传感器、可编程控制器、监测和监督系统以及它们之间的关系。该系统的创新之处在于测量逆变器产生的电信号的 PQ，在数据采集时实现高同步性能，并依据工业通信标准 IEC 61850 管理实时数据传输。 ### 3.3 同步方法 系统采用 IEEE 1588 标准、精确时间协议（PTP）和带有边界时钟（PTP 激活）的千兆以太网交换机作为同步方法。PTP 可实现纳秒级精度，适用于长达 10 km 的距离，有助于准确比较大型光伏公园中不同逆变器的测量参数。 ### 3.4 系统特点 该系统具有先进的用户界面，可适应不同配置的电站，还能建立完整的检测和特定报警机制。它能实时监测组件性能，量化关键性能指标和损失机制，检测故障和生产偏差。例如，其界面菜单提供了“系统”“图表”“生产”“PQ”“WSN”“气象站”和“图表”等选项，选择“图表”可查看四个逆变器的生产记录，包括主动功率测量和功率变化值，还能查看不同时间尺度的主动功率增量。 ### 3.5 电能质量监测实验 系统能够实时控制注入电网信号的 PQ 以及安装对电力系统的影响。通过对 THD 电压（THDV）与逆变器的辐照度和生产进行实验测试，对比逆变器输出