張星

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

文摘：隨著光伏發(fā)電技術(shù)的逐漸成熟和完善，為滿足光伏發(fā)電的并網(wǎng)性要求，需要對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，目前分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)多采用硬連線組網(wǎng)方式，存在需要挖溝走槽、布線復(fù)雜、通訊不可靠等問題。鐘表不同步等等。有鑒于此，本文提出了一個(gè)分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中存在的以上問題。

關(guān)鍵字：通訊；ZigBee；分立分析；時(shí)鐘同步。

0引言

目前，在國家大力倡導(dǎo)下，分布式光伏電站充分利用屋頂、樓頂、廠房頂棚、農(nóng)業(yè)大棚等多種優(yōu)勢(shì)，而且低壓并網(wǎng)安全可靠，分布式光伏電站應(yīng)用廣泛。就是在這股潮流的指引下，許多從事電力行業(yè)的電力企業(yè)開始紛紛轉(zhuǎn)向分布式能源，大量分布式能源建成投產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)分布式能源的監(jiān)測和電力接入電網(wǎng)的需要，需要對(duì)分布式能源的合理配置、集中監(jiān)控、電網(wǎng)分析、配網(wǎng)自動(dòng)化和日常維護(hù)等進(jìn)行統(tǒng)一管理。但是，目前的分布式光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)大多采用硬連線組網(wǎng)方式進(jìn)行監(jiān)測，硬連線組網(wǎng)存在需要挖溝走槽、布線復(fù)雜、通訊不可靠、時(shí)鐘不同步等問題。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本論文主要是針對(duì)目前光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)中需要挖溝走槽、布線復(fù)雜、通訊不可靠、時(shí)鐘同步等問題，提供一個(gè)分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測中心、通訊管理機(jī)、匯流箱和逆變器等。監(jiān)測中心用來通過無線方式向通信管理機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并通過下行目標(biāo)信道發(fā)送到通信管理機(jī)；由上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心，其中，通訊管理機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。使用監(jiān)控中心來接收通過上行目標(biāo)通道的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并監(jiān)視運(yùn)行中的數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由中央結(jié)點(diǎn)子網(wǎng)和分布式子網(wǎng)兩部分組成，見圖1。它通過分析中央結(jié)點(diǎn)子網(wǎng)ZigBee和分布式子網(wǎng)ZigBee包來獲得信號(hào)強(qiáng)度指示值，判定該信號(hào)強(qiáng)度指示值是否符合預(yù)先設(shè)定的通道要求，且符合通道要求，將信號(hào)強(qiáng)度指示值進(jìn)行離散率分析，得出分散率值。由該離散率值決定下行目標(biāo)通道和上行目標(biāo)通道。

該監(jiān)測中心還用來將時(shí)鐘同步命令通過下行目標(biāo)通道發(fā)送到對(duì)應(yīng)于下行目標(biāo)通道的通信管理機(jī)。通訊管理機(jī)在此基礎(chǔ)上對(duì)時(shí)鐘同步命令進(jìn)行時(shí)鐘校正，修正后的時(shí)鐘通過上行目標(biāo)通道傳回到監(jiān)控中心。監(jiān)測中心和通信管理機(jī)均采用冗余數(shù)據(jù)復(fù)印標(biāo)識(shí)，保證了數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

2系統(tǒng)通訊的實(shí)現(xiàn)。

本論文的實(shí)施例中，分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控中心、幾臺(tái)通訊管理機(jī)和幾臺(tái)設(shè)備組成。在監(jiān)測系統(tǒng)和管理器之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ婪Q為信道，在一個(gè)分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)中可以有多個(gè)信道。其中，下行目標(biāo)通道代表信息傳輸方向由監(jiān)測系統(tǒng)到通信管理機(jī)，且網(wǎng)絡(luò)性能好，信道噪聲小，傳輸誤碼率低。通訊管理機(jī)用來接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由通信管理機(jī)采集并保存到設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。

本論文實(shí)施例中，所述上行目標(biāo)信道和下行目標(biāo)信道所代表的信道，可以是相同或不同的信道，而上行和下行目標(biāo)信道的上、下通道只代表信息傳輸方向，沒有其他限定意義。

本論文實(shí)施例中，每個(gè)通信管理機(jī)都通過串口線實(shí)時(shí)獲取所連接設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且把采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)保存在通訊管理機(jī)上，當(dāng)通信管理機(jī)收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，與該數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過上行目標(biāo)通道無線反饋到監(jiān)控中心。監(jiān)控站通過上行目標(biāo)通道接收運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。

監(jiān)測中心還通過下行目標(biāo)通道向通信管理機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，由通信管理機(jī)接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并通過上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。相對(duì)于已有技術(shù)，本論文實(shí)施例中監(jiān)控中心基于無線通訊的冗余離散分析算法，提高了分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)通訊的可靠性，大大降低了項(xiàng)目投資成本。

分布PV監(jiān)控系統(tǒng)中，每個(gè)通道內(nèi)ZigBee分組的獲取過程都是一樣的，只有一條通道，事先設(shè)定好時(shí)間間隔，然后把時(shí)間間隔劃分為n個(gè)收集周期，在通道內(nèi)中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)的ZigBee設(shè)備上，每隔一個(gè)采集周期就會(huì)收集1個(gè)ZigBee包。能夠獲取n個(gè)ZigBee包。如果一個(gè)信道中的分布式子網(wǎng)是由k個(gè)ZigBee設(shè)備組成的，它是在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，在通道內(nèi)分布的子網(wǎng)中，每隔一個(gè)采集周期從k個(gè)ZigBee設(shè)備獲取k個(gè)ZigBee包，總共可以收集k×n個(gè)ZigBee包。分析中央結(jié)點(diǎn)子網(wǎng)和分布式子網(wǎng)上的ZigBee分組，就能獲得不同信號(hào)強(qiáng)度指示值。再對(duì)信號(hào)強(qiáng)度指示值進(jìn)行離散率分析，根據(jù)得到的離散率就可判斷，在滿足預(yù)先設(shè)定的信道條件下，信道性能好，信道噪聲比小的情況下，不滿足預(yù)先設(shè)定的信道要求，表明該信道的網(wǎng)絡(luò)性能較差，信道噪聲比較大。對(duì)于未滿足預(yù)先設(shè)定的信道要求的情況，可以通過調(diào)整ZigBee設(shè)備的位置、頻率匹配、中繼等方式來提高系統(tǒng)的通訊效果和通信的可靠性。

3系統(tǒng)時(shí)鐘同步執(zhí)行。

因?yàn)橹醒虢Y(jié)點(diǎn)子網(wǎng)是先用無線方式傳送到分布式子網(wǎng)的，因此監(jiān)控中心和通信管理機(jī)之間的信息傳輸將存在延遲，而且還需要傳輸時(shí)間。舉例來說，監(jiān)控中心采集到的本地時(shí)間為T，而監(jiān)測中心進(jìn)行信息包處理的時(shí)間為ΔT1，監(jiān)測中心將打包處理的信息傳送到通信管理機(jī)的時(shí)間為ΔTc，通訊管理機(jī)接收包裝處理后的信息，進(jìn)行解包處理，解包處理時(shí)間為ΔT2；通訊管理機(jī)如果把本地時(shí)鐘T修改為當(dāng)前時(shí)間，那么這次修正是錯(cuò)誤的，由于在這個(gè)時(shí)候?qū)νㄓ嵐芾頇C(jī)進(jìn)行了修改，所以在這個(gè)時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間應(yīng)該是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2。如果監(jiān)測中心在T時(shí)刻，就把T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間發(fā)送到通信管理機(jī)，這樣就可以得到精確的校正。

在這些數(shù)據(jù)中，利用測延時(shí)信息，可以用ΔT1+ΔTc+ΔT2的測定方法，測延時(shí)報(bào)文通常發(fā)生在初始化且通信鏈接中斷之后再次恢復(fù)，該測延時(shí)報(bào)文的具體過程是：在通信管理機(jī)接收到T+ΔT1+ΔTc+ΔT2時(shí)刻之后，通訊管理器同時(shí)發(fā)送一條確認(rèn)命令，確認(rèn)其長度與接收到的時(shí)鐘同步命令的長度相同，高壓110kV高壓電纜彎曲處，易受摩擦，造成管壁與電纜之間的摩擦損傷，造成管壁與電纜之間的摩擦損壞。若在設(shè)計(jì)階段未充分考慮施工過程中對(duì)電纜的影響，特別是路線轉(zhuǎn)彎半徑不夠或彎道側(cè)壓力過大，管線上的殘?jiān)鼘?duì)電纜外護(hù)套造成致命傷害，并可能引起金屬護(hù)套變形、主絕緣變形。這樣就會(huì)給后面的電纜附件制作帶來難題，并為后期的運(yùn)行維護(hù)埋下安全隱患。

4安科瑞光伏電站的電源監(jiān)測裝置和解決方案。

4.1交流220V并網(wǎng)。

直流220V光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機(jī)容量約8kW。根據(jù)國家能源局網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)，戶用光伏電站今年發(fā)展迅速，截至2021年6月底，國家將在2021年累計(jì)納入國家財(cái)政補(bǔ)貼規(guī)模的光伏項(xiàng)目安裝容量586.14萬千瓦，這個(gè)數(shù)字等于六個(gè)月內(nèi)建造四分之一座三峽水力發(fā)電站。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對(duì)于光伏電站的管理者來說，通過云平臺(tái)來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.2 交流380V并網(wǎng)。

根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)。這些分布式光伏大多是工商企業(yè)的屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確測量點(diǎn)。除產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口和用戶自用電線路。每個(gè)測量點(diǎn)應(yīng)配備雙向電能測量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)符合國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于用于結(jié)算和評(píng)估的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.3 10kV或35kV并網(wǎng)

按照國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏項(xiàng)目建設(shè)相關(guān)事項(xiàng)的通知（國發(fā)新能［2019］49號(hào)），對(duì)新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦、非家庭用的要求，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求，支持內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

這類分布式光伏裝機(jī)容量一般較大，需通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。在電力系統(tǒng)中，由于裝機(jī)容量較大，可能會(huì)給公共電網(wǎng)帶來較大的干擾，所以，在這個(gè)規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)中，電力質(zhì)量及調(diào)度方面的通信要求也比較高。

需要對(duì)光伏電站并網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，包括電源頻率，電源電壓的大小，電壓失衡，電壓突變/突變/中斷，電壓突變，諧波/間諧波THD，閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器（直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置），經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多，主要如下表：

5 結(jié)束語

本文所提供的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于屋頂分布式光伏發(fā)電、漁光互補(bǔ)發(fā)電、農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電等多種場景，運(yùn)行穩(wěn)定，通信可靠，大大節(jié)省了項(xiàng)目的投資成本，用戶反應(yīng)良好

作者簡介：

張星，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

審核編輯：金巧