摘要：  如何实时了解光伏电站的运行状态，获得实时及过去的运行数据，评估电站系统设计是否完善合理，通过遥控遥测技术使系统的故障和隐患及时防患于未然，这些都是光伏电站业主和电网公司共同关心的问题。本文从遥控遥测的应用技术着手，介绍遥控遥测在光伏电站中的应用。

关键字：  太阳能光伏，  并网电站，  遥控遥测技术

随着太阳能光伏发电技术的发展推广与普及，越来越多的独立及并网电站已陆续建设和投入运行，但太阳能光伏电站毕竟是一个个分散的发电系统，如何将这些分散式的发电系统进行集中调度管理，达到安全可靠有效使用的目的，太阳能光伏电站系统的运行实时监控就显得越来越重要。遥控遥测技术已经成为光伏发电站推广应用的关键技术之一。

在光伏电站中，对各类运行参数的检测都十分重要。传统维护利用人工监视记录方式，工作繁琐，比较缓慢，这种方式很难及时准确地发现和定位故障，尤其是对于一些可能影响系统的隐患，更是难以正确的进行判断和处理，而且还需要花费大量的人力、物力和财力。许多已建成光伏电站，由于电站建造场地偏远、交通闭塞等原因，对电站的管理和维护产生了诸多不便，造成光伏电站的管理水平较低，无法实现对电站各类参数的实时检测。光伏并网发电技术的迅速发展，大型并网光伏电站的实时数据监测需求加大，为能及时了解光伏电站的实时工作数据和当前状态，进行诊断，防止光伏电站发电系统的故障和隐患于未然，迫切要求我们利用计算机数据处理技术及远程监控等高等技术，建立起一套完备的适用于光伏电站的远程遥测遥控系统，人们就可以通过计算机实现对远端设备的监测与管理，使光伏电站朝着管理信息化、数据采集自动化、发电系统运行安全、高效率的方向发展。

二、遥测遥控系统

1、遥控遥测系统的发展

最早的遥测遥控系统是机械式的，19世纪末出现电遥测遥控系统，利用架空明线或电缆作为传输介质，称为有线遥测遥控系统。20世纪初出现无线遥测遥控系统。到了50年代又研制出脉码调制遥测系统，标志着从模拟式遥测系统发展到数字式遥测系统。70年代后由于微电子学和微处理机的迅速发展，数字式遥测遥控系统逐渐取代模拟式遥测遥控系统，并出现可编程序遥测遥控系统、自适应遥测遥控系统和分集式遥测遥控系统。现代航天遥测遥控系统的最大传输距离可达2.4亿千米，能传输每帧2.4×10比特的数字图像信息。航天测控系统已发展到利用一个微波波段的载波作为遥控、遥测、测距和测速的共同载波，称为S波段统一载波测控系统，使设备大大简化。

2、遥控遥测系统作用

遥控遥测系统利用遥测技术实现远距离测量、控制和监视的系统。在遥测遥控系统中，测量装置和执行机构设置在受控对象附近，受控对象参量的测量值通过遥测信道发向远距离的测控站，而测控站的控制指令也是通过遥测信道发向执行机构的。遥测遥控系统是一类控制与通信密切结合的综合信息系统，其工作原理涉及信息传输和信息提取，包括采样定理、编码理论、多路复用、调制技术、同步技术、信号检测和估计等方面。遥测遥控是自动化技术的重要分支，它是在自动控制、传感技术、微电子技术、计算机技术和现代通信技术的基础上不断完善的发展起来的。遥控遥测技术广泛应用于国民经济、科学研究和军事方面，如工业控制、电力系统、远洋、航空和城市交通调度管制等。凡是距离遥远、对象分散或难以接近的系统，都可以采用遥测遥控来实现集中监控和统一管理。

近年来，太阳能光伏发电技术不断成熟，太阳能光伏发电正在逐步由辅助能源向传统能源过渡，尤其是光伏并网电站系统的出现，太阳能光伏发电正在逐步由辅助能源向传统能源过渡，尤其是光伏并网电站系统的出现，太阳能光伏发电的前景越来越光明。光伏电站的监控已经变得越来越重要，对光伏系统进行状态监控、数据采集和故障检测等。光伏电站可采用遥控遥测技术实现无人值守的运行维护方式，通过设立监控中心，依靠计算机网络自动采集现场数据、自动传送到监控中心进行显示和存储，能够进行整个系统的实时状态显示、参数统计、数据分析和历史记录，运行异常时自动发出报警信息，可以远程进行相应的控制，从而达到人少或无人值守，实现光伏电站的集中监控维护和管理，提高光伏电站的可靠性和设备的安全性。

3、遥控遥测系统原理

遥测遥控系统有两个分系统：遥测分系统和遥控分系统。实际上它们往往结合成有机的整体。一般遥测遥控系统都是由控制端、信道和被控端3部分组成。遥控遥测系统的控制端包括计算机指令发生器、编码器、指令传输设备的发射器(发射机、调制器和发射天线)、监控系统的接收部分和指令监控台等。遥测遥控系统的被控制端包括监测系统的发射部分、指令传输设备的接收器(接收机、解调器和接收天线)、译码器、执行机构和被控对象等。在设计和选择遥测遥控系统时一般应遵循准确度，可靠性，工作容量，抗干扰能力，动作速度，工作频段，通用性和经济性等技术要求。

遥控遥测的工作过程是双向的，一方面，被监控的设备数据经过采集并转换成便于传输和计算机识别的数据形式，再传输到远端的监控计算机进行处理和维护，最后可通过人机交互界面或其它方式和维护人员交流;另一方面，维护人员可通过交互界面、E-mail和短信等发出控制命令，经过计算机处理后，传输至现场经控制命令执行机构使不安全设备完成相应动作。

三、光伏电站遥控遥测的实现方式

光伏电站的遥控遥测技术根据通讯方式分有线遥控遥测和无线遥控遥测两种。有线遥控遥测主要是通过通讯总线实现远距离信号传输，信号传输稳定，实时性好，但传输距离有限，即使是通过中继器传输距离也不能太远。尤其是光伏电站安装在偏远地区，采用有线遥控遥测方法很难确保遥控遥测系统安全稳定可靠的工作。无线遥控遥测则不受地域与距离的限制，特别是在偏远地区具有特别重要的意义。随着信息技术的快速发展，通过三种网络(互联网、通信网、有线电视网)协调互补技术，实现远程遥控遥测非常方便、快捷，这是未来光伏电站系统遥控遥测技术的发展趋势。

考虑到不同的光伏电站，针对各光伏电站系统的实际情况可以分别采用无线和有线两种方式来进行通讯、数据传输以及遥控遥测等。

1、有线遥控遥测方式

对于通讯较好的地区，例如离城市比较近或者是城市建筑物上安装的光伏发电系统等，可以利用现有的有线通讯网络进行远程实时数据采集以及遥控遥测，其基本结构如下：

在光伏电站安装地配置一台数据采集器和一台计算机。目前应用较多的有线遥控遥测技术主要有：采用工业总线，比如：485总线、CAN总线来实现下位机(DSP、单片机、工控机等)与监控主PC机间的通讯，然后采用调制解调器通过公用电话网来实现远程监控，还可利用广泛使用的Internet互联网来实现范围更广，距离更远的遥控遥测，这种方法普遍应用得多。本地计算机通过交换/路由装置和互联网连接，并且安装客户端控制软件;在远程服务器上安装服务器软件，并通过互联网远程连接本地计算机，并对本地计算机进行远程实时监控。如图3-1所示是通过公用电话网借助Modem的连接实现点对点的有线远程遥控遥测系统。

图3-2基于485工业总线及互联网实现的光伏电站有线远程遥控遥测系统

如图3-2是一个采用485工业总线与Internet互联网实现的太阳能光伏电站有线远程遥控遥测系统，利用485总线方式可实现多个本地光伏电站系统的监控，通过转换接口与本地联网计算机连接，再通过Internet互联网来实现异地遥控遥测。

2、无线遥控遥测方式

针对比较偏远荒凉地区的光伏系统，例如很多偏远地区的离网光伏电站及荒漠地区的离并网光伏电站，无有线通讯系统，可以采用无线通讯方式进行远程实时数据采集以及遥控遥测。

无线遥控遥测技术主要借助于微波站的中继传输技术。一方面可利用移动的基站上专用的通信频道进行传输，如图3-3所示，在我国西部有很多移动基站上的光伏电站是通过这种形式实现监控的。

图3-3通过移动基站实现的异地监控系统

另一方面可基于GSM/GPRS无线移动通讯网络来实现，通过申请移动通讯GSM/GPRS的数据通讯业务或SMS(Short message service)短信息业务等来实现远程监控，随着移动通讯3G技术的成熟，还可以实现视频数据的海量传输;另外，在布线困难而有互联网网络覆盖的非偏僻地区，可采用无线调制解调器或无线网卡与互联网结合实现远程监控。

相对于有线遥控遥测方式，如果采用无线遥控遥测方式，就需要使用到无线网络，无线网络的使用稳定性比较差，而且使用费用较高。

四、遥控遥测技术在光伏电站中的应用

光伏电站中涉及的监控部分较多，主要包括光伏阵列的工作电压和工作电流、蓄电池电压和充电电流、蓄电池温度、环境温度、组件温度、风速、太阳辐射量，以及电网电压、电流和逆变器并网电压、电流等。

1、应用构架

一般系统整体设计方案采用SOA(面向服务架构)设计思想，自下而上提供应用服务。在遥控遥测中，实时数据的采集与分析是首要的，通过系统程序将这些数据整理成统计报表;根据需求，按照日、月、年等方式提供不同时间报表，并通过基于计算机的运算处理能力将收集到的数据绘制成曲线，所有的报表均可导出成EXCEL格式文档或通过连接的打印机进行打印，为维护工作提供科学的依据。

2、应用功能

(1)电站运行监测

运行监测用于监测电站的运行情况，通过运行监测可以检测到电站中各设备的运行状态参数，并将采集到的各设备的实时数据，如实时光伏阵列输出电压和电流、蓄电池组电压和充放电电流、蓄电池温度、环境温度、组件温度、太阳辐射、风速、逆变器输入、输出电压和电流以及配电开关状态等等，以数字信号形式传输给处理器供系统分析处理，并以直观的图表方式体现出来。可以根据环境监测仪采集到的气象数据进行计算处理，预测光伏电站的发电量并与电站到的实际发电量进行比较分析，判断系统的运行状况;并可以根据太阳辐射和电站实时发电量分析不同光伏发电系统(如单晶、多晶、非晶、CdTe、CIGS和HIT等)对太阳光谱的响应度。若出现警报，界面展现出警报的设备(设备原生或系统判断)、警报的内容和警报产生的时间等信息。

(2)视频监控

视频监控功能能够展示实时的视频内容，从而实现"遥视"，视频监控也可同运行监测和报警通知三者紧密结合起来，在设备监测界面和警报通知界面查看出现问题的设备，同时亦可通过监控视频实时观察设备。

图3-4光伏电站视频监控图

(3)警报通知

光伏电站中当设备或系统出现故障时，如当设备的某项参数或设备某项参数变化率达到或超过某个设定阀值时，警报通知系统会立即发出警报，警报方式包括：监控界面集中警报、E-mail邮件警报和手机短信警报等。警报应具有智能化特点，能够根据各设备间的拓扑结构关系，解析设备提供的报文，分辨警报信息的真伪，也能忽略维修中的设备的警报。

在所有的监测界面都应能接受和展示设备的警报信息，当有设备警报产生时，界面中的设备处将会出现一个不停闪烁的警铃，并发出警报的声音。警报信息也可通过手机短信和E-mail邮件的方式通知业主。

(4)远程控制

远程控制通过远程操作对受控设备出传达控制指令，并进行控制处理，任务包括与状态管理交互，了解受控设备是否处于良好控制状态，借助指令控制关闭或开启受控设备。遥控遥测系统能够把维护人员发出的控制命令转换成设备能够识别的指令，使设备执行预期的动作或进行参数调整。在运行监测界面，通过点击待控制设备图标，即可调出设备的远程控制菜单，选择或输入控制内容后，指令将立即传送给待控制设备，基本可以实现实时控制。

五、结论

目前，国内太阳能光伏电站应用较多还是基于485工业总线及互联网实现的有线远程遥控遥测系统，且其运行的可靠性也得到了一致的认可。光伏电站远程遥控遥测系统，可以实现光伏电站的无人值守和智能监控，减少了人为干扰、节省人力，降低维护费用;同时可以获得原始测量数据，为光伏系统的改进与优化、科学研究提供有用数据，远程监控由于没有人为干预因素，所获得的数据资料是最原始、最准确的，同时也是最方便和快捷的方式。