光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)方案分析

1、光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)分析摘 要：綜合論述了目前國內(nèi)具有實際工程意義的大型光伏電站及分布式光伏系統(tǒng)的幾種監(jiān)控系統(tǒng)方案。光伏監(jiān)控系統(tǒng)采用的通訊手段主要包括：有線方式：工業(yè) RS485總線、PROFIBUS 總線、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN 總線、Modern 電話線；無線方式：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA 紅外。文中對各種通訊方式的構(gòu)成、特點及應(yīng)用作了簡要闡述及對比。引言 引言太陽能光伏發(fā)電項目隨中國政府持續(xù)出臺的支持

2、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策不斷增多[1]，截至2012 年底，我國累計建設(shè)容量7.97 GW，其中大型光伏電站4.19 GW，分布式光伏系統(tǒng)3.78 GW [2]。國家能源局發(fā)布的《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》稱，到2015 年底，太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2100萬 kW（即21 GW）以上，年發(fā)電量達(dá)到250 億 kWh。隨著大型光伏電站及分布式光伏系統(tǒng)的建設(shè)和投運(yùn)，業(yè)主及電網(wǎng)公司對設(shè)備的實時監(jiān)控提出了更高的要求。光伏監(jiān)控系統(tǒng)需實現(xiàn)的功能有：

3、1）匯流箱、逆變器、電池板、蓄電池組及其控制器（帶儲能功能的光伏系統(tǒng)） 、環(huán)境溫度等底層設(shè)備實時數(shù)據(jù)及狀態(tài)的采集；2）底層設(shè)備故障報警；3）重要數(shù)據(jù)的歷史存儲；4）遠(yuǎn)方及本地對電站設(shè)備的必要操控。即集遙測、遙控、遙信、遙調(diào)功能為一體，且需具備高可靠性，全年不間斷工作。目前具有實際工程意義的監(jiān)控系統(tǒng)從物理實現(xiàn)方式上可分為有線及無線兩種。有線方式主要包括：工業(yè) RS485總線、PROFIBUS 現(xiàn)場總線、CAN 總線、Modem 電話線、工

4、業(yè)以太網(wǎng)；無線方式主要包括：ZIGBEE、GPRS、WIFI、BLUETEETH、IRDA 紅外。需根據(jù)實際工程要求及各種通訊方式的特點選擇適合的監(jiān)控方案。1 基于現(xiàn)場總線的光伏監(jiān)控系統(tǒng) 基于現(xiàn)場總線的光伏監(jiān)控系統(tǒng)1.1 1.1 兆瓦級及以上并網(wǎng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng) 兆瓦級及以上并網(wǎng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)兆瓦級及以上光伏電站占地面積廣、設(shè)備數(shù)量及種類龐大、建設(shè)集中。目前最為廣泛采用的是有線監(jiān)控方式。整體架構(gòu)包括：本地數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲與

5、處理三部分，如圖1所示。1.2 1.2 帶有儲能裝置的光伏監(jiān)控系統(tǒng) 帶有儲能裝置的光伏監(jiān)控系統(tǒng)CAN 總線采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，廢除了站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，使不同節(jié)點同時接收相同的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)通信的實時性增強(qiáng)，易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km（速率低于5 kbps） ，速率可達(dá)1 Mbps（通信距離小于40 m） 。帶有大容量儲能裝置的光伏系統(tǒng)，由于充

6、電電流大，充電過程中充電控制器投入/切出充電頻繁，對蓄電池沖擊較大，易損壞蓄電池。因此，在對實時性、可靠性和擴(kuò)展靈活性均有較高要求的光伏儲能系統(tǒng)，更適合用 CAN 總線構(gòu)建系統(tǒng)[3]，如圖3所示。CAN 總線構(gòu)建系統(tǒng)CAN 該系統(tǒng)由上位機(jī) PC、管理模塊、n 個充電模塊組成。管理模塊集顯示、輸入、數(shù)據(jù)存儲、采樣、通信為一體，與 PC 機(jī)通過 RS232相連接，操作人員可通過 PC 機(jī)的上位機(jī)操作界面輸入命令對系統(tǒng)進(jìn)行操作。充電模塊作為終

7、端設(shè)備，包括電壓及充電電流的采樣單元，以及產(chǎn)生控制充電的 PWM 波形。充電模塊根據(jù)管理模塊的指令產(chǎn)生 PWM 波形，并將自身的充電狀態(tài)通過 CAN 總線上報管理模塊。其中由管理模塊下發(fā)給充電模塊的調(diào)整 PWM 占空比命令，在未達(dá)到充滿電時，由管理模塊每1 s（或秒級）發(fā)送一次；當(dāng)接近充滿電時，每10 ms（或毫秒級）調(diào)整一個充電模塊的充電 PWM 占空比[5]。1.3 1.3 PROFIBUS PROFIBUS、CAN CAN、工

8、業(yè)以太網(wǎng)的比較 、工業(yè)以太網(wǎng)的比較PROFIBUS 總線速度較快、組態(tài)配置靈活、可實現(xiàn)總線供電，可適應(yīng)不同應(yīng)用對象和通訊速率要求，開放性好。接通或斷開時不會影響其他站點工作，因此維修性好。PROFIBUS 現(xiàn)場總線由于在網(wǎng)絡(luò)增刪節(jié)點時需重構(gòu)邏輯環(huán)，參數(shù)不易設(shè)定，在對于光伏電站或分布式光伏系統(tǒng)這種后期隨時可能擴(kuò)展容量的應(yīng)用上受到限制[4]。CAN 總線數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。多主方式工作，節(jié)點分成不同優(yōu)先級，報文采用短幀