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張星
文摘：隨著光伏發電技術的逐漸成熟和完善，為滿足光伏發電的并網性要求，需要對光伏發電進行實時監控，目前分布式光伏發電監控系統多采用硬連線組網方式，存在需要挖溝走槽、布線復雜、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測系統，旨在解決傳統監測系統中存在的以上問題。
0引言
目前，在國家大力倡導下，分布式光伏電站充分利用屋頂、樓頂、廠房頂棚、農業大棚等多種優勢，而且低壓并網安全可靠，分布式光伏電站應用廣泛。就是在這股潮流的指引下，許多從事電力行業的電力企業開始紛紛轉向分布式能源，大量分布式能源建成投產。為了實現分布式能源的監測和電力接入電網的需要，需要對分布式能源的合理配置、集中監控、電網分析、配網自動化和日常維護等進行統一管理。但是，目前的分布式光伏發電監測系統大多采用硬連線組網方式進行監測，硬連線組網存在需要挖溝走槽、布線復雜、通訊不可靠、時鐘不同步等問題。
1系統設計
本論文主要是針對目前光伏發電監測系統中需要挖溝走槽、布線復雜、通訊不可靠、時鐘同步等問題，提供一個分布式光伏監測系統。為了達到上述目的，本文設計了一個分布式光伏監測系統，包括監測中心、通訊管理機、匯流箱和逆變器等。監測中心用來通過無線方式向通信管理機發送數據請求，并通過下行目標信道發送到通信管理機；由上行目標通道無線反饋與該數據請求對應的設備的運行數據到監控中心，其中，通訊管理機的運行數據采集和存儲設備運行數據。使用監控中心來接收通過上行目標通道的運行數據，并監視運行中的數據。
該系統網絡結構由中央結點子網和分布式子網兩部分組成，見圖1。它通過分析中央結點子網ZigBee和分布式子網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先設定的通道要求，且符合通道要求，將信號強度指示值進行離散率分析，得出分散率值。由該離散率值決定下行目標通道和上行目標通道。
該監測中心還用來將時鐘同步命令通過下行目標通道發送到對應于下行目標通道的通信管理機。通訊管理機在此基礎上對時鐘同步命令進行時鐘校正，修正后的時鐘通過上行目標通道傳回到監控中心。監測中心和通信管理機均采用冗余數據復印標識，保證了數據的安全性和完整性。
2系統通訊的實現。
本論文的實施例中，分布式光伏監測系統由一個監控中心、幾臺通訊管理機和幾臺設備組成。在監測系統和管理器之間進行信息傳輸的通道稱為信道，在一個分布式光伏監測系統中可以有多個信道。其中，下行目標通道代表信息傳輸方向由監測系統到通信管理機，且網絡性能好，信道噪聲小，傳輸誤碼率低。通訊管理機用來接收數據請求，通過上行目標通道無線反饋與該數據請求對應的設備的運行數據，該數據由通信管理機采集并保存到設備運行數據。
本論文實施例中，所述上行目標信道和下行目標信道所代表的信道，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備的運行數據，并且把采集到的運行數據保存在通訊管理機上，當通信管理機收到數據請求后，與該數據請求對應的設備運行數據通過上行目標通道無線反饋到監控中心。監控站通過上行目標通道接收運行數據，對運行數據進行監控。
監測中心還通過下行目標通道向通信管理機發送數據請求，由通信管理機接收數據請求，并通過上行目標通道無線反饋與該數據請求對應的設備運行數據。相對于已有技術，本論文實施例中監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控系統通訊的可靠性，大大降低了項目投資成本。
分布PV監控系統中，每個通道內ZigBee分組的獲取過程都是一樣的，只有一條通道，事先設定好時間間隔，然后把時間間隔劃分為n個收集周期，在通道內中心節點子網的ZigBee設備上，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是由k個ZigBee設備組成的，它是在預先設定的時間內，在通道內分布的子網中，每隔一個采集周期從k個ZigBee設備獲取k個ZigBee包，總共可以收集k×n個ZigBee包。分析中央結點子網和分布式子網上的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行離散率分析，根據得到的離散率就可判斷，在滿足預先設定的信道條件下，信道性能好，信道噪聲比小的情況下，不滿足預先設定的信道要求，表明該信道的網絡性能較差，信道噪聲比較大。對于未滿足預先設定的信道要求的情況，可以通過調整ZigBee設備的位置、頻率匹配、中繼等方式來提高系統的通訊效果和通信的可靠性。
3系統時鐘同步執行。
因為中央結點子網是先用無線方式傳送到分布式子網的，因此監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，監控中心采集到的本地時間為T，而監測中心進行信息包處理的時間為ΔT1，監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修改為當前時間，那么這次修正是錯誤的，由于在這個時候對通訊管理機進行了修改，所以在這個時候，標準時間應該是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2。如果監測中心在T時刻，就把T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作為標準時間發送到通信管理機，這樣就可以得到精確的校正。
在這些數據中，利用測延時信息，可以用ΔT1+ΔTc+ΔT2的測定方法，測延時報文通常發生在初始化且通信鏈接中斷之后再次恢復，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，通訊管理器同時發送一條確認命令，確認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，特別是路線轉彎半徑不夠或彎道側壓力過大，管線上的殘渣將對電纜外護套造成致命傷害，并可能引起金屬護套變形、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埋下安全隱患。
4安科瑞光伏電站的電源監測裝置和解決方案。
4.1交流220V并網。
直流220V光伏并網系統主要用于居民屋頂光伏發電，裝機容量約8kW。根據國家能源局網站提供的數據，戶用光伏電站今年發展迅速，截至2021年6月底，國家將在2021年累計納入國家財政補貼規模的光伏項目安裝容量586.14萬千瓦，這個數字等于六個月內建造四分之一座三峽水力發電站。
部分小型光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小，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。
根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，8kW~400kW可380V并網。這些分布式光伏大多是工商企業的屋頂光伏，自發自用，余電上網。分布式光伏接入配電網前，應明確測量點。除產權分界點外，還應考慮分布式電源出口和用戶自用電線路。每個測量點應配備雙向電能測量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定、相關標準和規程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應符合國家電網公司關于智能電能表的相關標準。對于用于結算和評估的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入電信息采集系統，實現電信息的遠程自動采集。
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380V電網，實現自發自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量，同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。
部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，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量監測裝置。部分光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。
這種并網模式單體光伏電站規模適中，可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據，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
按照國家能源局關于2019年風電、光伏項目建設相關事項的通知（國發新能［2019］49號），對新建工商業分布式光伏發電項目，需滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦、非家庭用的要求，根據電網運行安全技術要求，支持內部多點接入配電系統。
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。在電力系統中，由于裝機容量較大，可能會給公共電網帶來較大的干擾，所以，在這個規模的分布式光伏電站穩控系統中，電力質量及調度方面的通信要求也比較高。
需要對光伏電站并網的電能質量進行監控，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量監測裝置。
光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器（直流柜根據情況可不設置），經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：
5 結束語
本文所提供的分布式光伏監控系統，已經應用于屋頂分布式光伏發電、漁光互補發電、農光互補發電等多種場景，運行穩定，通信可靠，大大節省了項目的投資成本，用戶反應良好
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的研發與應用
審核編輯：金巧
工商網監
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