用户侧并网光伏电站监测系统技术规范.docx

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用户侧并网光伏电站监测系统技术规范

CGC

北京鉴衡认证中心认证技术规范

CGC/GF020：

2012

（CNCA/CTSXXXX:

2012）

用户侧并网光伏电站监测系统

技术规范

2012-X-XX发布2012-X-XX实施

北京鉴衡认证中心发布

前言

为进一步引导我国用户侧并网光伏电站发展，促进安全、可靠产品的应用，推广我国用户侧并网光伏电站在线监测系统认证工作，特制定本认证技术规范。

本技术规范由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源与可再生能源分技术委员会提出。

本技术规范由北京鉴衡认证中心归口管理。

本技术规范主要起草单位：

北京鉴衡认证中心、中国电力科学研究院、阳光电源股份有限公司、华北电力科学研究院、中国科学院电工研究所、国家智能微电网控制设备及系统质量监督检验中心、北京泰豪太阳能电源技术有限公司、北京能高自动化技术有限公司、北京科诺伟业科技有限公司、北京京东方股份有限公司、内蒙古神舟光伏电力有限公司、中兴能源有限公司、中节能绿洲（北京）太阳能科技有限公司。

本技术规范主要起草人：

马荷芳、宋诗、周辉、闫华光、王刚、崔正湃、邹新京、马青松、张友权、王宗、王哲、周磊、曹志峰、刘敬伟、侯现伟、司德亮、邱云原、薛金会、陈卓、黄兴华。

1.

范围

本规范规定了光伏电站监测系统的术语和定义、在线监测系统构成、监测系统的设计要求、监测系统的安装要求、数据传输以及监测设备的检验要求。

本规范适用于用户侧并网光伏电站（含有储能单元的并网光伏电站），以下简称光伏电站。

离网光伏电站和大型并网光伏电站参考使用。

2.规范性引用文件

下列文件对于本规范的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

GB50093自动化仪表工程施工及验收规范

GB9254信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法

GB/T13729远动终端设备

GB/T19582基于Modbus协议的工业自动化网络规范

GB/T17168信息技术设备抗扰度限值和测量方法

GB/T17626电磁兼容试验和测量技术

GB/T20513光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则

GB/T3873通信设备产品包装通用技术条件

GB/T4026电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的原则

DL/T645多功能电表通信规约

CJ/T188户用计量仪表数据传输技术条件

IEC61850-7-420电动控制的通信网络及系统.第7-420部分:

基本通信结构.分布式能源逻辑网点

IEC61400-25风力发电站远方控制和监视

《可再生能源建筑应用示范项目数据监测系统技术导则》

3.术语和定义

3.1用户侧并网光伏电站

并网点在用户计费电表的负载侧的并网光伏电站，光伏电站发出的电量自发自用，即直接被负载消耗，抵消了电网电量。

并网点的电压等级取决于用户计费电表安装的位置，可以是三相35kV、10kV、400V或单相230V。

3.2数据采集

数据采集是指从传感器和其它待测设备等被测单元中采集需要的数据，送到上位机中进行分析、处理的行为。

3.3数据采集装置

数据采集装置是针对光伏电站专用的数据采集装置，能够采集各种光伏设备的数据，设备包括但不限于光伏汇流箱、光伏逆变器、光伏电力配电柜等，并可进行数据的计算、分析、存储和传输的设备。

数据采集装置可以是专用设备，也可以是通用或专用计算机、嵌入式计算机等。

3.4数据采集系统

数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

3.5数据传输系统

电站数据监测系统中监测装置与数据采集装置之间、数据采集装置与数据中心之间的数据传输。

3.6数据中心

通过实现统一的数据定义与命名规范，集中多个光伏电站数据的环境。

4.监测系统的构成

由数据采集系统、数据传输系统、数据中心组成。

数据采集系统应至少包括环境监测设备（环境温度传感器、太阳总辐射传感器、光伏组件温度传感器等），电参数监测设备等。

5.监测系统的设计要求

应在可行性研究和方案设计阶段提出光伏电站数据监测系统建设方案，在施工图设计阶段应进行数据监测系统的设计，并注明预留的监测点。

5.1环境监测设备的设计选型要求

5.1.1太阳总辐射传感器

应至少设置一个水平太阳总辐射传感器。

光谱范围：

300～3000nm；测量范围：

0～2000W/m2；测量准确度：

≤±5%。

5.1.2太阳辐照传感器

平行于组件平面应至少设置一个太阳辐照传感器。

光谱范围：

可以相近于现场使用组件的光谱范围。

测量范围：

0～2000W/m2；测量准确度：

≤±5%。

5.1.3环境温度

在光伏电站能附近至少设计一个环境温度传感器。

测量范围：

-40℃～+80℃；测量准确度：

≤±1℃。

5.1.4太阳能光伏组件温度

每个光伏电站应至少设置一个组件温度传感器，当有多种类型的光伏组件时，每种类型的组件都应设计组件温度传感器。

普通的晶体硅、非晶硅薄膜组件的背板温度可视为组件温度。

测量范围：

-40℃～150℃；测量准确度：

≤±1℃。

5.1.5风速计及风向计

光伏电站应至少设置一个风速计和一个风向计。

风速范围：

0～70m/s；风速测量准确度：

±0.5m/s；风向范围：

0～360°；风向测量准确度：

±5%。

5.1.6环境数据传输

环境监测仪应支持标准的ModbusRTU协议。

5.2光伏电站发电监测设备

5.2.1直流侧电压、电流、功率

测量范围：

电压和电流测量范围应大于被测位置最大值的1.2倍，且尽量不高于被测位置工作数值的2倍。

测量准确度：

≤±1.5%。

直流侧电参数至少应采集到每台汇流箱输出（若无汇流箱则须采集到每个组串）的相关数据。

5.2.2交流侧电压、电流、功率

交流侧测量装置应能测量有功功率，且符合测量点的频率要求。

测量范围：

电压和电流测量范围应大于被测位置最大值的1.2倍，且尽量不高于被测位置工作数值的2倍。

测量准确度：

≤±0.5%。

交流侧电参数可以采集使用逆变器相关数据。

5.2.3发电量和电能质量

光伏电站并网点应设置一个电量测量设备和电能质量监测设备，用于测量总发电量和电能质量相关数据。

应具有数据传输功能，至少应具有RS-485标准串行电气接口，采用MODBUS标准开放协议或符合DL/T645《多功能电能表通信规约》中的有关规定。

5.3数据采集装置

5.3.1每个并网光伏电站至少设计1个数据采集器。

5.3.2数据采集装置能够采集的数据至少包括环境温度、太阳总辐射、太阳能组件温度、光伏电站汇流箱电压、电流；交流侧电压、电流、功率、日发电量、总发电量、并网点的电压、电流、功率、电能质量以及光伏子方阵故障、逆变器输入故障、逆变器输出故障、逆变器电压超限、频率超限、谐波超限、孤岛保护等信息。

5.3.3数据采集装置应主动定时向数据中心发送数据，且定时采集周期应能从5分钟到1小时配置。

5.3.4数据采集装置支持采集光伏设备数量应满足光伏电站监控需求。

5.3.4数据采集装置应支持标准的ModbusRTU，支持串口和TCP协议。

5.3.5数据采集装置应支持对光伏设备采集数据的解析，向光伏数据中心发送解析后的数据。

5.3.6光伏数据采集装置应配置足够存储空间，支持对5.3.2要求采集数据1年的存储（采集间隔不大于5分钟的情况下）。

5.3.7数据采集装置应具有本地配置和管理功能，应具有支持软件升级功能。

5.3.8数据采集装置应能支持接收来自数据中心的查询、校时等命令。

5.3.9数据采集装置应可以在不掉电情况下更换光伏采集设备。

5.3.10数据采集装置应具有识别和传输运行状态的能力，支持对数据采集接口、通信接口以及光伏电站的故障定位和诊断。

5.3.11光伏数据采集装置应以模块化功能配置支持不同的数据采集应用，支持本地数据传输和远程数据传输。

5.3.12数据采集装置户内型应外壳防护等级不低于IP2，户外型外壳防护等级应不低于IP54。

5.4现场数据显示

5.4.1光伏电站监测项目现场应配置可以现场查看光伏电站信息的显示装置。

信息应包含如下实时内容：

太阳辐射、环境温度、组件温度、风速、风向、直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、当前功率、当日发电量、累计发电量等。

5.4.2现场数据显示功能应提供历史数据查询、生成报表等功能，供用户查询。

5.5电磁兼容性

光伏电站监测设备应符合国家和行业的电磁兼容GB/T17626相关标准要求。

6.监测系统的安装要求

在项目建设施工阶段，应同步进行数据监测系统的施工、安装和调试；在竣工验收阶段，数据监测系统验收应纳入整个项目进行工程验收。

6.1环境监测设备的安装要求

6.1.1环境温度传感器应采用防辐射罩或者通风百叶箱。

6.1.2环境温度传感器应安装在适宜位置，能真实反映环境温度。

6.1.3安装组件背板温度传感器采集位置应为平均温度的位置处，一般宜放置在正对光伏组件中心部位的电池片的中心位置，其安装位置还应避免外部条件影响。

6.1.4水平面太阳总辐射传感器应牢固安装在专用的台柱上。

要保证台柱受到严重冲击振动（如大风等）后，不会改变传感器的状态。

所在位置应保证全天无阴影遮挡。

6.1.5太阳总辐射传感器应水平安装，偏差不得超过2°。

6.1.6平行于太阳能组件平面的太阳辐射传感器，安装偏差不得超过2°。

6.1.7风向、风速传感器应水平安装，偏差不得超过2°。

6.2布线要求

6.2.1数据采集装置施工安装应符合《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093中的规定

6.2.2弱电布线应符合中国工程建设标准化协会标准《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》GECS72:

97GECS89:

97。

6.2.3电缆（线）敷设前，应做外观及导通检查。

6.2.4敷设电缆时应合理安排，不宜交叉；敷设时应防止电缆之间及电缆与其他硬物体之间的磨擦；固定时，松紧应适度。

6.2.5信号线导体应采用屏蔽线；尽量避免与强信号电缆平行走线，线路不应敷设在易受机械损伤、有腐蚀性介质排放、潮湿以及有强磁场和强静电场干扰的区域，必要时使用钢管屏蔽。

6.2.6线路不宜平行敷设在高温工艺设备、管道的上方和具有腐蚀性液体介质的工艺设备、管道的下方。

6.2.7线路敷设完毕，应进行校线及编号，信号线的标识应保持清楚。

6.2.8一个模块的多路模拟量输入信号之间压差不得大于24V

6.2.9监控控制模拟信号回路控制电缆屏蔽层，不得构成两点或多点接地，宜用集中式一点接地。

6.3系统的调试

6.3.1数据监测装置采集的数据应有效。

6.3.2数据采集装置接收数据应正常，并能按照接收的指令进行数据发送。

7.数据传输

7.1一般规定

7.1.1监测设备、数据采集装置应具备数据通信功能，并使用符合国家/行业标准的物理接口和通信协议。

7.1.2光伏电站由数据采集装置的数据应采用TCP/IP协议传输到数据中心。

7.2监测设备和数据采集装置之间的传输

7.2.1数据采集周期不大于5分钟，且应该保证数据的连续性。

7.2.2传输介质应能满足数据可靠、稳定的传输。

7.3数据采集装置和数据中心之间的传输

数据采集装置应能按照要求使用基于TCP/IP协议的数据网络与数据中心之间进行数据传输，在传输层使用TCP协议。

8.光伏电站监测设备的检验

8.1试验条件

除非另有规定，正常试验大气条件应不超过下列范围:

环境温度:

15℃～35℃；

相对湿度:

45%～75%。

8.2监测设备的检验

8.2.1监测系统中所采用的传感器的精度应满足5.1要求；

8.2.2按照GB4208外壳防护等级（IP代码）（IEC60529，EQV）对于监测设备进行外壳防护等级测试。

8.2.3电能质量测量设备应满足GB/T19862-2005电能质量监测设备通用要求。

8.2.4电度表数据传输协议应符合DL/T645中的有关规定。

8.2.5数据采集装置的抗干扰性，按照GB/T17626.2、GB/T17626.3、GB/T17626.5、GB/T17626.11中规定的试验方法进行检验。

8.3监测设备现场安装的检验

8.3.1使用长度、角度测量设备等对6.1要求项目进行检验。

8.3.2采用目测对6.2要求项目进行检验。

8.4监测系统数据传输的验正

使用模拟服务器及网络对监测系统数据传输进行有效性验正，测试时间不小于7天，测试期间应能连续正确运行。

附录

（资料性附录）

数据采集装置和数据中心之间的传输要求

1术语及定义

1.1通信超时

通信一方在一个固定的时间内未接收到任何数据，固定时间默认为2分钟。

1.2序列号SN

每个采集终端，对应一个序列号，该序列号下文简称为SN。

1.3SN密码

每个采集终端的SN对应一个SN密码，SN和SN密码用于验证数据采集终端的合法性。

1.4认证密码

采集终端与数据中心进行数据交互前，需要做AES加密认证，该认证密码就是AES加密密码。

1.5平衡传输

如果采用平衡传输模式，每个节点（包括控制站、厂站）均可以启动报文发送。

平衡模式通信仅限于“点对点”或“星型”拓扑结构。

在“点对点”或“星型”拓扑结构中与非平衡模式比较，平衡通信模式的效率最高。

平衡通信模式能应用于全双工通信模式。

2传输模式

本协议采用平衡模式数据传输。

3传输约定

3.1终端与数据中心之间采用TCP连接传输数据，TCP连接双向均可主动端开，正常情况下由服务器来主动断开连接。

3.2采集终端的公共地址默认为FFFF，其他的设备按实际地址

3.3认证加密采用AES128加密

3.4所有多字节的字节序均为低位在前，高位在后。

3.5数据中心端口为9999。

4终端与数据中心交互格式

4.1数据结构如下：

0x690x69

包头

U8

2个字节

N.N

包信息版本

U8

2个字节

1.0

长度

从协议号到数据部分的长度

U32

4个字节

不包括效验长

协议号

U16

2个字节

1

N.N

协议号主版本

U8

2个字节

1.0

N.N

协议号次版本

U8

2个字节

0.0

数据类型码

U16

2个字节

见“4.4数据类型表”

数据部分

N个字节

NN

CRC16效验，从包头0x69开始到数据部分做校验

U8

2个字节

4.2数据部分定义

4.2.1认证数据结构

1）发送登陆信息：

1

2个字节

类别标识

U16

SN

16个字节

UTF-8

SN对应的密码

32个字节

UTF-8

2）发送随机字符串：

2

2个字节

类别标识

U16

字符串

32个字节

UTF-8

3）发送加密字符串：

3

2个字节

类别标识

U16

加密字符串

32个字节

UTF-8

4）认证结果返回：

4

2个字节

类别标识

U16

0/1

2个字节

0失败/1成功

U16

6个字节

时间戳

U8

秒

分

时

日

月

年（以2000年为基点）

5）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

类别标识

U16

6）通信规则如下：

-终端TCP连接数据中心。

-连接成功后，终端发送SN以及SN对应的密码。

-服务器接收到SN以及SN对应的密码后，做第一次判断，判断成功则发送随机字符串，否则发送类别标识为4的认证失败返回包。

-客户端收到随机字符串后，用认证密码对字符串做AES128加密，加密后将秘文发送给服务器。

-服务器收到加密后的字符串后，做第二次认证判断，然后向客户端发送类别标识为4的认证结果返回包。

-通信双方收到格式不正确的数据包后，均发送类别标识为FFFF的包格式错误数据，通知通信另一方。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

4.2.2电站描述信息结构

1）发送电站描述信息：

11

2个字节

类别标识

电站项目编号

32个字节

UTF-8

电站名称

32个字节

UTF-8

电站业主

32个字节

UTF-8

电站设计功率

4个字节

U32

单位kWp

电站所在国家

32个字节

UTF-8

电站所在城市

32个字节

UTF-8

电站所在地的邮政编码

12个字节

UTF-8

电站时区

2个字节

U16

夏令时支持

1个字节

U16

0不启用/1启用

电站经纬度

6个字节

U8

N

秒

角分

度

S

秒

角分

度

2）发送确认信息：

FF

2个字节

类别标识

U16

11

2个字节

确认的类别标识

U8

3）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

类别标识

U16

4）通信规则如下：

-终端认证成功后，向服务器发送电站信息。

-如果数据格式错误，则服务器返回类别标识为FFFF的包格式错误数据包。

否则返回类型类别标识为FF的确认包。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

4.2.3设备信息结构

1）发送设备描述信息：

31

2个字节

类别标识

U16

2个字节

设备数

U16

设备描述信息

设备地址

2个字节

U16

设备类型

2个字节

见“4.5设备类型表”

U16

设备名称

32个字节

UTF-8

设备厂家

32个字节

UTF-8

2）发送设备描述信息确认：

FF

2个字节

类别标识

U16

31

2个字节

确认的类别标识

U16

3）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

类别标识

U16

4）通信规则如下：

-终端认证成功后，向服务器发送电站设备信息

-如果数据格式错误，则服务器返回类别标识为FFFF的包格式错误数据包。

否则返回类型类别标识为FF的确认包。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

4.2.4实时数据结构

1）发送实时数据信息：

41

2个字节

类别标识

U16

2个字节

公共地址

U16

2个字节

状态码

U16

见“4.6设备状态表”

6个字节

时间戳

U8

秒

分

时

日

月

年（以2000年为基点）

2个字节

数据信息体个数

U16

信息体

信息体数据

见“4.3各类型信息体结构”

2）实时数据信息确认：

FF

2个字节

类别标识

41

2个字节

确认的类别标识

3）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

类别标识

U16

备注：

实时数据信息里面只有一个公共地址，因此要传输多个设备的数据时，需要组多个0X69开头的数据包

4）通信规则如下：

-终端认证成功后，向服务器发送实时信息

-如果数据格式错误，则服务器返回类别标识为FFFF的包格式错误数据包。

否则返回类型类别标识为FF的确认包。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

4.2.5历史数据结构

4.2.5.1主动上传历史数据

1）发送历史数据信息：

51

2个字节

类别标识

U16

2个字节

公共地址

U16

6个字节

时间戳

U8

秒

分

时

日

月

年（以2000年为基点）

2个字节

数据信息体个数

U16

信息体

信息体数据

YC/YX/YM

见“4.3各类型信息体结构”

2）历史数据信息确认：

FF

2个字节

U16

类别标识

51

2个字节

U16

确认的类别标识

3）发送故障信息：

52

2个字节

类别标识

U16

2个字节

数据信息体个数

U16

信息体

信息体数据

故障信息

见“4.3各类型信息体结构”

4）故障数据信息确认：

FF

2个字节

U16

类别标识

52

2个字节

U16

确认的类别标识

5）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

类别标识

U16

6）通信规则如下：

-终端认证成功后，向服务器发送历史信息

-如果数据格式错误，则服务器返回类别标识为FFFF的包格式错误数据包。

否则返回类型类别标识为FF的确认包。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

4.2.5.2历史数据请求

1）历史数据信息请求：

53

2个字节

U16

类别标识

2个字节

U16

公共地址

2个字节

U16

数据类型

测点信息数据=1

故障信息数据=2

全部数据=0

6个字节

U8

请求启始时间

秒

分

时

日

月

年（以2000年为基点）

6个字节

U8

请求结束时间

秒

分

时

日

月

年（以2000年为基点）

2）历史请求信息确认：

FF

2个字节

U16

类别标识

53

2个字节

U16

确认的类别标识

3）数据包格式错误：

FFFF

2个字节

U16

类别标识

4）通信规则如下：

-终端认证成功后，服务器可向终端请求某一时间段内的历史数据

-如果数据格式错误，则终端返回类别标识为FFFF的包格式错误数据包。

否则返回类型类别标识为FF的确认包。

-通信一方在收到类别标识为FFFF的包格式错误数据后，可选择重传上一次数据，也可以断开连接，重新认证。

-通信双方在超时后，可关闭连接。

-终端在收到请求后按《主动上传历史数据》流程格式传输历史数据。

4.2.5.3历史数据终止

1）历史数据终止传输命令：

54

2个字节

U16

类别标识

2个字节

U16

公共地址

2个字节

U16

数据类型

测点信息数据=1

故障信息数据=2

全部数据=0

2）历史数据终止传输确认：

FF

2个字节

U16

类别标识

54

2个字节

U16

确认的类别标识

3）数据包格式错误：

FFFF

2个字节