文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）10-102-04中圖分類號：TM615

★任宇翔（陜西高盛工程技術有限公司，陜西西安710100）

★何斌（西安明德理工學院，陜西西安710100）

關鍵詞：分布式；光伏發電；智慧光伏

隨著節能減排政策的落地，越來越多的分布式光伏發電系統被工礦企業和政府事業單位所接受，利用閑置屋頂、閑置土地作為峰值電價時電能電網的補充是一個很好的解決方案。文獻^[1]以國內經濟耗電大省江蘇省為例，介紹了分布式光伏發電的趨勢和可行性，提出了光伏發電智能化、數字化發展趨勢；文獻^[2]、^[3]介紹了利用閑置屋頂作為光伏組件承載地的可行性及成功案例；文獻^[4]介紹了在雙碳背景下利用閑置房屋進行分布式光伏系統建設的全套流程；文獻^[5]以浙江某山區智慧電網為例，實現光伏、風電和儲能的高效結合，給分布式智慧光伏系統提供了思路；文獻^[6]、^[7]、^[8]分別從整流、逆變的技術角度分析了光伏發電系統中控制策略的實現。

某企業利用閑置屋頂和場地建設分布式智慧光伏系統，裝機容量共為5.2866MWp，即交流側安裝容量5MW，光伏場區直流側安裝容量5.2866MWp，其中共利用屋頂總面積約8400m²，屋頂光伏裝機容量為0.9504MWp，地面光伏區域共利用地面總面積約82870m²，地面光伏裝機容量為4.24512MWp。考慮彩鋼瓦屋頂按照沿彩鋼瓦傾斜角度平鋪設計，水泥屋面按固定傾角15°設計，地面區域按固定傾角37°設計。系統由站址的選擇、太陽能電池組件、電池陣列、逆變器及智慧控制系統等組成。

1　系統整體的組成

分布式智慧光伏發電系統的整體框架如圖1所示，在利用閑置屋頂和閑置土地敷設光伏組件，采用直流電纜將光伏組件與逆變器相連，采用逆變器將直流電壓轉換成380V交流電輸送到并網柜，并將電能輸送到電網，也可根據需求將發出的交流電輸送到企業用電單元，企業也可以根據自己的用電計劃將逆變器變換的交流電經過變流器再儲存在電池能儲能部件中。整體系統通過RS485與光伏并網柜內數據采集器通信，光伏并網柜內智能無線網關通過無線通訊與智慧管理平臺通信。

圖1分布式光伏并網發電系統整體框圖

2　分布式光伏系統的硬件組成

2.1　光伏組件

太陽能的光伏組件已經是一個很成熟的產品，經過多方對比，本項目采用單晶硅組件。

2.2　光伏陣列運行方式選擇

光伏陣列是承載光伏組件的主要構件，根據其跟蹤太陽光照的模式分為固定和自動跟蹤兩大類。其中，固定可以分為可調角度和不可調整角度等模式。

根據本項目特點，結合甘肅地區光伏項目陣列運行方式的實際應用情況，對固定式、跟蹤式運行方式下的光伏陣列做技術經濟比較。

從經濟角度對比分析發現，固定式在發電量，投資及支架系統維護方面整體優于跟蹤式。因此在綜合考慮初始投資、后期運行成本、限電等方面因素的前提下，本階段支架運行方式推薦選用固定式。

2.3　逆變器組成

分布式光伏系統中并網逆變器是系統中的關鍵設備之一，它在整個系統有決定性因素。

（1）集中式逆變器

將多片光伏組件串聯后再經過并聯，將電流匯總后直接通過逆變器將直流電轉為交流電的設備稱為集中式逆變器。

（2）組串式逆變器

根據模塊化產品設計思路，將逆變器按照模塊生產，稱為組串式逆變器。組串式逆變器通常使用兩級三電平三相全橋拓撲結構，選用中小功率IGBT和SVPWM調制算法，滿足三相標準電源波形。

（3）集散式逆變器

采用分散跟蹤、集中逆變方式，實現多路優化跟蹤，將電流匯流之后通過一臺集中式逆變器集中逆變。

光伏電站的核心設備之一是光伏并網逆變器，其將直流電轉換為交流電。其還有保護功能、通訊功能、最優控制策略功能等。在現有的技術路線下，其主要有集中式、組串式、集散式等類型。

在技術比選階段，考慮到本項目布置在屋面上，光伏組件存在陰影復雜、朝向不一致、光伏組件失配問題而影響整體發電量，因此從投資角度，推薦組串式逆變器。

3　系統軟件設計

3.1　系統架構

分布式智慧光伏能源管理平臺通過對光伏、儲能、用電設備等實時監控，并結合發電量預測及階梯電價等政策，可以調節儲能、用電設備的策略，并可對光伏系統等硬件進行故障診斷、可調度源荷有序互動和能源全景分析，滿足了企業對分布式光伏發電系統的能效管理、動態調度、全景分析的需求，完成了不同策略下源網荷資源之間的靈活互動與經濟運行，為用戶降低了能源成本，提高了微電網運行效率。

整體系統分為現場設備層、物聯通信層、集中控制層、平臺層。

現場設備層：負責數據采集和執行控制命令，是系統的最底層，直接連接光伏電站的硬件設備。其主要采集光伏組件、逆變器（并網逆變器、微型逆變器）、匯流箱、直流/交流配電柜、電表、氣象站等數據。

網絡層：負責將設備層的數據實時傳輸到上層系統，并將上層指令下發到現場設備，起到“橋梁”作用，實現設備與軟件系統的互聯互通。其主要的設備有數據采集器（Data Transfer Unit，DTU）、邊緣計算網關（IoT網關）、通信模塊（4G/5G、以太網、LoRa、NB-IoT等）、協議轉換模塊（如Modbus轉MQTT、IEC104、DL/T645等）。

集中控制層：實現本地光伏電站的集中監控、數據處理和控制策略執行，提供人機交互界面（Human Machine Interface，HMI）及故障預警、統計分析等功能，提供局部自治，即便平臺層失聯也能維持基本運行，提供數據緩存、報警機制和遠程故障診斷，可執行簡單的智能策略，如限電、功率預測等功能。

平臺層：負責全局監控、集中管理、大數據分析、調度優化和業務管理。其通過云平臺進行多站點統一管理、能源管理及智能決策支持，提供通過互聯網遠程訪問，支持多終端、多角色使用，支持通過AI算法進行發電預測、故障診斷、健康評估等、可對接電網系統、用電系統、碳交易平臺等功能。

3.2　數據采集

系統統一采集管理各種源數據，支持海量數據的歷史歸檔，提供統一、完善、高效的數據讀寫接口。根據項目需求，數據采集方式采用人工采集和自動采集，原則上全部采用自動采集。

（1）自動采集：系統根據預設規則和算法過濾數據，排除不符合要求的信息，提供更加精確和可靠的數據，減少人工操作帶來的錯誤，提高工作效率。

通過RS-485接口，使用Modbus-RTU協議經數據融合終端完成終端設備數據的采集；針對非標準規約的儀表或第三方系統支持通訊接口程序開發，確保數據完整采集。數據融合終端采用多級數據存儲冗余結構設計，具備本地存儲能力。當通訊中斷恢復時，數據融合終端存儲的數據自動進行斷點續傳，進一步保證系統數據的完整性，防止主站軟件故障恢復過程中數據的丟失。

（2）人工采集方式作為自動實時采集的補充，通過人工輸入和記錄數據，保證數據的準確性和完整性。

3.3　分布式光伏發電系統智能總圖

展示企業下接入所有分布式發電節點的綜合數據，含接入站點數、告警信息、總的發電數據、用電數據、充放電數據及能耗排名、收益、運行曲線，如圖3所示。

圖3分布式光伏發電系統智能總圖

3.4　智慧駕駛艙

展示企業分布式光伏發電系統單個節點能源的實時流動情況，展示項目接入情況、用電統計情況、新能源產生的社會效益情況，以及優化前后的負荷曲線、電費對比、各能源功率曲線、各回路功率排名情況，如圖4所示。

圖4分布式光伏發電系統智慧駕駛艙

3.5　能源綜合概況

對單個企業下各能源進行監測統計，實時統計儲能充放電、負荷用能、新能源發電和收益情況，并展示光伏發電趨勢、儲能放電趨勢和用能趨勢，如圖5所示。

圖5能源綜合報表

3.6　設備監控模塊

針對儲能等設備的監控分析，展示儲能柜環境、消防信息，柜中PCS狀態、溫度、充放電功率電量曲線，BMS最高最低電壓、溫度，以及SOC曲線、電壓溫度曲線，如圖6所示。

圖6設備監控模塊

PCS主要分為系統狀態、交流側、直流側。系統狀態展示PCS的運行情況，包括通訊狀態、并離網狀態、待機狀態、調度狀態、AC/DC模塊狀態，支持運行模式、控制模式、并離網模式下發。交流側展示電壓、電流、功率、充放電實時值和歷史曲線。直流側展示直流電壓、電流、功率、直流充放實時值和歷史曲線。

BMS監測主要分為系統信息、電池監測。系統信息展示電池簇電壓、電流、狀態、SOC、溫度、循環次數實時數據和歷史曲線。電池監測，對電池簇、PACK、電池芯三層結構構成拓撲結構圖，實時展示電壓和溫度信息，并統計最大最小電壓、溫度，用顏色區分。

3.7　功能模塊

針對分布式智慧光伏系統整體控制，軟件系統還包括光伏綜合看板、電站運行監視、逆變器運行監視、電站發電統計、逆變器發電統計、光伏電站配電監測、逆變器曲線分析、光伏收益報表等模塊。

4　節能減排效益分析

4.1　經濟、環境效益

太陽能是綠色潔凈能源的一種，其具有取之不盡用之不竭的特點，如何利用這種能源對我國能源緊缺的現狀緩解尤為重要。光伏電站不消耗煤炭、石油等，不會產生有毒有害氣體，更不會產生粉塵霧霾等污染物，可以減少傳統能源對環境的污染。

本項目分布式光伏發電項目總裝機容量5.2866MW，平均發電量為680.18萬kWh。若按照火電煤耗（標準煤）314g/kWh，建設投運每年可節約標煤5339.44t，相應每年可減少多種大氣污染物的排放，其中減少二氧化碳（CO₂）約14147.8t，二氧化硫（SO₂）約2.72t，二氧化氮（NO₂）約3.04t，煙塵0.544t，對減輕環境污染有一定的促進作用。

相對于化石能源發電，光伏不僅可以減少污染物的排放，也可以節省大量的水資源，真正做到了發電與保護環境和水資源的平衡發展。

4.2　社會效益

本項目不僅利用了舊閑置的屋頂，而且對企業閑置的土地也進行了二次開發，這樣勢必帶動當地的建材等產業的發展，也增加了對應的崗位。隨著項目正常開展，也會拉動當地建設，對當地人們生活水平的提升起到了積極推動作用。

本項目的成功運營，也為當地發展光伏行業起到了示范作用。如果當地以本項目為標桿，大力發展光伏電站建設，相信在不久的將來，分布式光伏系統肯定會成為當地一個支柱產業。

本項目的開發，不僅對當地的電能短缺是一個很好的補充，而且采用綠色能源，緩解了當地的環境保護壓力，促進了經濟健康發展，也帶動了相關產業，提供了就業機會，做到了很好的示范作用，社會效益明顯。

5　結論

本項目采用分布式光伏系統，并采用軟件平臺對整體系統進行監控和策略調整，真正做到了光伏發電的智慧化、智能化。本項目根據企業實際情況，將閑置屋頂和閑置土地進行利用，既做到了減少碳排放，又解決了能源緊張的問題，還減少了企業電費的支出，并在系統上線后取得了預期的收益，得到了甲方的一致好評。

作者簡介：

任宇翔（1994-），男，助理工程師，現就職于陜西高盛工程技術有限公司，主要從事電力設計及建筑電氣與智能化方面的工作。

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摘自《自動化博覽》2025年10月刊