安科瑞分布式光伏监控系统的应用及开发

张星

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

文摘：随着光伏发电技术的逐渐成熟和完善，为满足光伏发电的并网性要求，需要对光伏发电进行实时监控，目前分布式光伏发电监控系统多采用硬连线组网方式，存在需要挖沟走槽、布线复杂、通讯不可靠等问题。钟表不同步等等。有鉴于此，本文提出了一个分布式光伏监测系统，旨在解决传统监测系统中存在的以上问题。

关键字：通讯；ZigBee；分立分析；时钟同步。

0引言

目前，在国家大力倡导下，分布式光伏电站充分利用屋顶、楼顶、厂房顶棚、农业大棚等多种优势，而且低压并网安全可靠，分布式光伏电站应用广泛。就是在这股潮流的指引下，许多从事电力行业的电力企业开始纷纷转向分布式能源，大量分布式能源建成投产。为了实现分布式能源的监测和电力接入电网的需要，需要对分布式能源的合理配置、集中监控、电网分析、配网自动化和日常维护等进行统一管理。但是，目前的分布式光伏发电监测系统大多采用硬连线组网方式进行监测，硬连线组网存在需要挖沟走槽、布线复杂、通讯不可靠、时钟不同步等问题。

1系统设计

本论文主要是针对目前光伏发电监测系统中需要挖沟走槽、布线复杂、通讯不可靠、时钟同步等问题，提供一个分布式光伏监测系统。为了达到上述目的，本文设计了一个分布式光伏监测系统，包括监测中心、通讯管理机、汇流箱和逆变器等。监测中心用来通过无线方式向通信管理机发送数据请求，并通过下行目标信道发送到通信管理机；由上行目标通道无线反馈与该数据请求对应的设备的运行数据到监控中心，其中，通讯管理机的运行数据采集和存储设备运行数据。使用监控中心来接收通过上行目标通道的运行数据，并监视运行中的数据。

该系统网络结构由中央结点子网和分布式子网两部分组成，见图1。它通过分析中央结点子网ZigBee和分布式子网ZigBee包来获得信号强度指示值，判定该信号强度指示值是否符合预先设定的通道要求，且符合通道要求，将信号强度指示值进行离散率分析，得出分散率值。由该离散率值决定下行目标通道和上行目标通道。

该监测中心还用来将时钟同步命令通过下行目标通道发送到对应于下行目标通道的通信管理机。通讯管理机在此基础上对时钟同步命令进行时钟校正，修正后的时钟通过上行目标通道传回到监控中心。监测中心和通信管理机均采用冗余数据复印标识，保证了数据的安全性和完整性。

2系统通讯的实现。

本论文的实施例中，分布式光伏监测系统由一个监控中心、几台通讯管理机和几台设备组成。在监测系统和管理器之间进行信息传输的通道称为信道，在一个分布式光伏监测系统中可以有多个信道。其中，下行目标通道代表信息传输方向由监测系统到通信管理机，且网络性能好，信道噪声小，传输误码率低。通讯管理机用来接收数据请求，通过上行目标通道无线反馈与该数据请求对应的设备的运行数据，该数据由通信管理机采集并保存到设备运行数据。

本论文实施例中，所述上行目标信道和下行目标信道所代表的信道，可以是相同或不同的信道，而上行和下行目标信道的上、下通道只代表信息传输方向，没有其他限定意义。

本论文实施例中，每个通信管理机都通过串口线实时获取所连接设备的运行数据，并且把采集到的运行数据保存在通讯管理机上，当通信管理机收到数据请求后，与该数据请求对应的设备运行数据通过上行目标通道无线反馈到监控中心。监控站通过上行目标通道接收运行数据，对运行数据进行监控。

监测中心还通过下行目标通道向通信管理机发送数据请求，由通信管理机接收数据请求，并通过上行目标通道无线反馈与该数据请求对应的设备运行数据。相对于已有技术，本论文实施例中监控中心基于无线通讯的冗余离散分析算法，提高了分布式光伏监控系统通讯的可靠性，大大降低了项目投资成本。

分布PV监控系统中，每个通道内ZigBee分组的获取过程都是一样的，只有一条通道，事先设定好时间间隔，然后把时间间隔划分为n个收集周期，在通道内中心节点子网的ZigBee设备上，每隔一个采集周期就会收集1个ZigBee包。能够获取n个ZigBee包。如果一个信道中的分布式子网是由k个ZigBee设备组成的，它是在预先设定的时间内，在通道内分布的子网中，每隔一个采集周期从k个ZigBee设备获取k个ZigBee包，总共可以收集k×n个ZigBee包。分析中央结点子网和分布式子网上的ZigBee分组，就能获得不同信号强度指示值。再对信号强度指示值进行离散率分析，根据得到的离散率就可判断，在满足预先设定的信道条件下，信道性能好，信道噪声比小的情况下，不满足预先设定的信道要求，表明该信道的网络性能较差，信道噪声比较大。对于未满足预先设定的信道要求的情况，可以通过调整ZigBee设备的位置、频率匹配、中继等方式来提高系统的通讯效果和通信的可靠性。

3系统时钟同步执行。

因为中央结点子网是先用无线方式传送到分布式子网的，因此监控中心和通信管理机之间的信息传输将存在延迟，而且还需要传输时间。举例来说，监控中心采集到的本地时间为T，而监测中心进行信息包处理的时间为ΔT1，监测中心将打包处理的信息传送到通信管理机的时间为ΔTc，通讯管理机接收包装处理后的信息，进行解包处理，解包处理时间为ΔT2；通讯管理机如果把本地时钟T修改为当前时间，那么这次修正是错误的，由于在这个时候对通讯管理机进行了修改，所以在这个时候，标准时间应该是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2。如果监测中心在T时刻，就把T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作为标准时间发送到通信管理机，这样就可以得到精确的校正。

在这些数据中，利用测延时信息，可以用ΔT1+ΔTc+ΔT2的测定方法，测延时报文通常发生在初始化且通信链接中断之后再次恢复，该测延时报文的具体过程是：在通信管理机接收到T+ΔT1+ΔTc+ΔT2时刻之后，通讯管理器同时发送一条确认命令，确认其长度与接收到的时钟同步命令的长度相同，高压110kV高压电缆弯曲处，易受摩擦，造成管壁与电缆之间的摩擦损伤，造成管壁与电缆之间的摩擦损坏。若在设计阶段未充分考虑施工过程中对电缆的影响，特别是路线转弯半径不够或弯道侧压力过大，管线上的残渣将对电缆外护套造成致命伤害，并可能引起金属护套变形、主绝缘变形。这样就会给后面的电缆附件制作带来难题，并为后期的运行维护埋下安全隐患。

4安科瑞光伏电站的电源监测装置和解决方案。

4.1交流220V并网。

直流220V光伏并网系统主要用于居民屋顶光伏发电，装机容量约8kW。根据国家能源局网站提供的数据，户用光伏电站今年发展迅速，截至2021年6月底，国家将在2021年累计纳入国家财政补贴规模的光伏项目安装容量586.14万千瓦，这个数字等于六个月内建造四分之一座三峡水力发电站。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.2 交流380V并网。

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网。这些分布式光伏大多是工商企业的屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确测量点。除产权分界点外，还应考虑分布式电源出口和用户自用电线路。每个测量点应配备双向电能测量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定、相关标准和规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应符合国家电网公司关于智能电能表的相关标准。对于用于结算和评估的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入电信息采集系统，实现电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.3 10kV或35kV并网

按照国家能源局关于2019年风电、光伏项目建设相关事项的通知（国发新能［2019］49号），对新建工商业分布式光伏发电项目，需满足单点并网装机容量小于6兆瓦、非家庭用的要求，根据电网运行安全技术要求，支持内部多点接入配电系统。

这类分布式光伏装机容量一般较大，需通过升压变压器升压后接入电网。在电力系统中，由于装机容量较大，可能会给公共电网带来较大的干扰，所以，在这个规模的分布式光伏电站稳控系统中，电力质量及调度方面的通信要求也比较高。

需要对光伏电站并网的电能质量进行监控，包括电源频率，电源电压的大小，电压失衡，电压突变/突变/中断，电压突变，谐波/间谐波THD，闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器（直流柜根据情况可不设置），经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：

5 结束语

本文所提供的分布式光伏监控系统，已经应用于屋顶分布式光伏发电、渔光互补发电、农光互补发电等多种场景，运行稳定，通信可靠，大大节省了项目的投资成本，用户反应良好

作者简介：

张星，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事无线测温系统的研发与应用

审核编辑：金巧