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張星
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，需要對光伏發(fā)電進(jìn)行實時監(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，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、時鐘不同步等問題。
1系統(tǒng)設(shè)計
本論文主要是針對目前光伏發(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、時鐘同步等問題，提供一個分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本文設(shè)計了一個分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測中心、通訊管理機、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發(fā)送數(shù)據(jù)請求，并通過下行目標(biāo)信道發(fā)送到通信管理機；由上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的設(shè)備的運行數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心，其中，通訊管理機的運行數(shù)據(jù)采集和存儲設(shè)備運行數(shù)據(jù)。使用監(jiān)控中心來接收通過上行目標(biāo)通道的運行數(shù)據(jù)，并監(jiān)視運行中的數(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)點子網(wǎng)ZigBee和分布式子網(wǎng)ZigBee包來獲得信號強度指示值，判定該信號強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，將信號強度指示值進(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)測中心還用來將時鐘同步命令通過下行目標(biāo)通道發(fā)送到對應(yīng)于下行目標(biāo)通道的通信管理機。通訊管理機在此基礎(chǔ)上對時鐘同步命令進(jìn)行時鐘校正，修正后的時鐘通過上行目標(biāo)通道傳回到監(jiān)控中心。監(jiān)測中心和通信管理機均采用冗余數(shù)據(jù)復(fù)印標(biāo)識，保證了數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
2系統(tǒng)通訊的實現(xiàn)。
本論文的實施例中，分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)由一個監(jiān)控中心、幾臺通訊管理機和幾臺設(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，在一個分布式光伏監(jiān)測系統(tǒng)中可以有多個信道。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，且網(wǎng)絡(luò)性能好，信道噪聲小，傳輸誤碼率低。通訊管理機用來接收數(shù)據(jù)請求，通過上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由通信管理機采集并保存到設(shè)備運行數(shù)據(jù)。
本論文實施例中，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。
本論文實施例中，每個通信管理機都通過串口線實時獲取所連接設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并且把采集到的運行數(shù)據(jù)保存在通訊管理機上，當(dāng)通信管理機收到數(shù)據(jù)請求后，與該數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的設(shè)備運行數(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)通道接收運行數(shù)據(jù)，對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
監(jiān)測中心還通過下行目標(biāo)通道向通信管理機發(fā)送數(shù)據(jù)請求，由通信管理機接收數(shù)據(jù)請求，并通過上行目標(biāo)通道無線反饋與該數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的設(shè)備運行數(shù)據(jù)。相對于已有技術(shù)，本論文實施例中監(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，大大降低了項目投資成本。
分布PV監(jiān)控系統(tǒng)中，每個通道內(nèi)ZigBee分組的獲取過程都是一樣的，只有一條通道，事先設(shè)定好時間間隔，然后把時間間隔劃分為n個收集周期，在通道內(nèi)中心節(jié)點子網(wǎng)的ZigBee設(shè)備上，每隔一個采集周期就會收集1個ZigBee包。能夠獲取n個ZigBee包。如果一個信道中的分布式子網(wǎng)是由k個ZigBee設(shè)備組成的，它是在預(yù)先設(shè)定的時間內(nèi)，在通道內(nèi)分布的子網(wǎng)中，每隔一個采集周期從k個ZigBee設(shè)備獲取k個ZigBee包，總共可以收集k×n個ZigBee包。分析中央結(jié)點子網(wǎng)和分布式子網(wǎng)上的ZigBee分組，就能獲得不同信號強度指示值。再對信號強度指示值進(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)時鐘同步執(zhí)行。
因為中央結(jié)點子網(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之間的信息傳輸將存在延遲，而且還需要傳輸時間。舉例來說，監(jiān)控中心采集到的本地時間為T，而監(jiān)測中心進(jìn)行信息包處理的時間為ΔT1，監(jiān)測中心將打包處理的信息傳送到通信管理機的時間為ΔTc，通訊管理機接收包裝處理后的信息，進(jìn)行解包處理，解包處理時間為ΔT2；通訊管理機如果把本地時鐘T修改為當(dāng)前時間，那么這次修正是錯誤的，由于在這個時候?qū)νㄓ嵐芾頇C進(jìn)行了修改，所以在這個時候，標(biāo)準(zhǔn)時間應(yīng)該是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2。如果監(jiān)測中心在T時刻，就把T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作為標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)送到通信管理機，這樣就可以得到精確的校正。
在這些數(shù)據(jù)中，利用測延時信息，可以用ΔT1+ΔTc+ΔT2的測定方法，測延時報文通常發(fā)生在初始化且通信鏈接中斷之后再次恢復(fù)，該測延時報文的具體過程是：在通信管理機接收到T+ΔT1+ΔTc+ΔT2時刻之后，通訊管理器同時發(fā)送一條確認(rèn)命令，確認(rèn)其長度與接收到的時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)計階段未充分考慮施工過程中對電纜的影響，特別是路線轉(zhuǎn)彎半徑不夠或彎道側(cè)壓力過大，管線上的殘渣將對電纜外護(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。這樣就會給后面的電纜附件制作帶來難題，并為后期的運行維護(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年累計納入國家財政補貼規(guī)模的光伏項目安裝容量586.14萬千瓦，這個數(shù)字等于六個月內(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，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺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。除產(chǎn)權(quán)分界點外，還應(yīng)考慮分布式電源出口和用戶自用電線路。每個測量點應(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)。對于用于結(jié)算和評估的分布式電源計量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)電信息的遠(yuǎn)程自動采集。
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)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(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)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。
部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(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，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(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、光伏項目建設(shè)相關(guān)事項的通知（國發(fā)新能［2019］49號），對新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦、非家庭用的要求，根據(jù)電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求，支持內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。
這類分布式光伏裝機容量一般較大，需通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。在電力系統(tǒng)中，由于裝機容量較大，可能會給公共電網(wǎng)帶來較大的干擾，所以，在這個規(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、漁光互補發(fā)電、農(nóng)光互補發(fā)電等多種場景，運行穩(wěn)定，通信可靠，大大節(jié)省了項目的投資成本，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
工商網(wǎng)監(jiān)
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