光伏电站汇流箱通讯故障研究

任斌

摘 要： 地面集中式光伏电站汇流箱分布广、数量多，RS485总线负责将汇流箱的各项参数传输至后台。由于汇流箱采集各支路光伏组件电压、电流等数据，故对电站运行监控及各回路组件运行数据分析对比起到重要作用。而在实际运行中可能存在因设计不合理、施工质量低、大电流高压电缆干扰等因素，汇流箱通讯不稳定及中断故障频繁发生，给运行监控人员带来不便并且增加了运维量。文章分析了产生干扰的原因，并提出了解决方案。

关键词： 汇流箱；通讯；干扰；故障

0 引言

在可再生能源电力行业发展方面，国家发展改革委于2016年12月下发的《可再生能源发展“十三五”规划》中提出，实现2020年和2030年非化石能源分别占一次能源消费比重15%和20%的目标。其中，“十三五”期间，新增投产常规水电4000万千瓦，新开工常规水电6000万千瓦；到2020年底，全国风电并网装机确保达到2.1亿千瓦以上；到2020年底，全国太阳能发电并网装机确保实现1.1亿千瓦以上等。这表明在“十三五”及未来较长一段时期，国家对清洁可再生能源的需求增长较快，市场前景广阔。

光伏汇流箱作为电站的关键设备之一，实时采集和上传光伏组件的电压、电流等重要数据，起到承上启下的作用，为分析、判断光伏组件缺陷、故障提供可靠数据支持。另外，随着通信及自动化技术的不断发展，光伏电站正向无人值守、智能化的方向发展。因此，汇流箱的通讯可靠性就显得尤为重要。本文依托甘肃某85兆瓦地面集中光伏电站，针对光伏场区内汇流箱通讯不稳定及发生过的通讯故障进行分析，探讨解决方案。

1 基本原理

1.1 RS485原理

RS-485又名TIA-485-A、ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485，是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准。该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

RS485总线有A、B两根信号线，采用差分信号负逻辑，逻辑“0”以两线间的电压差为+（2～6）V表示；逻辑“1”以两线间的电压差为-（2～6）V表示。传输速率最高10Mbps，传输距离最远2km，总线最大支持节点数32个，特殊驱动器可支持256个节点或更多。485 通讯网络接线必须采用菊花链即手拉手方式（不能采用星形）。

1.2 光伏汇流箱

光伏汇流箱作为光伏电站关键设备，主要由输出主断路器、采集器、防雷模块、汇流板、光伏熔断器及智能模块组成。在实现汇流、防雷功能的同时，还具有对箱内电流、电压、温度测量，对防雷、母线、光伏组串的故障诊断，以及与主站的通讯功能，便于构成光伏发电监测系统。

2 项目概况

本电站装机容量为85兆瓦，共安装同一型号的汇流箱960台，通讯方式采用RS485 通讯技术，利用双重屏蔽双绞线将每路5—6台汇流箱通过手牵手的方式与通讯管理机相连。根据汇流箱出厂技术文件及设计说明，该项目汇流箱通讯电缆采用单点接地方式，内外屏蔽层未分开接地。项目建成后进行全站光伏区设备带电调试，发现80%汇流箱通讯不通或通讯不稳定。

3 通讯故障原因

目前多数光伏电站建设为了抢电价并网，存在赶工期现象，导致工程质量差，后期进行光伏汇流箱通讯调试及运行中会发现很多问题。这些问题若不能及时处理，对汇流箱通信的可靠性提出严峻的考验。

3.1通讯装置参数设置错误，主要包含站地址设置错误、站波特率设置错误、通讯模式设置错误。

3.2通讯电缆接线错误，主要包括A、B、屏蔽层线接反、电缆虚接、通讯管理机内实际接线与通讯装置回路不对应。

3.3 通讯电缆接地方式，本工程施工期间，根据设备技术说明书及设计图纸，将内外屏蔽层作为一层采用单点接地，无法充分发挥双重屏蔽层抗干扰的优势，在电磁干扰较大时力所不及。

3.4电缆敷设方式，本工程敷设汇流箱RS485 通讯电缆，在进入逆变器室时，采用成束与动力电缆并行进入逆变器电缆沟内，无专用通道，且与动力电缆紧贴放置在同一电缆固定架上。根据《GB-50311-2007 综合布线工程规范》要求，通讯电缆与其平行敷设动力电缆间距不满足要求，在实际运行中对通讯产生干扰，经现场测试采取单点接地，因接地不可靠导致通讯线路压降超过2V。

3.5高频干扰，本工程通讯管理机安装在两台逆变器中间，逆变器产生的高频信号，频率高达几百KHz，通过功率线耦合到了通讯线上，这种干扰对信号解析影响很大，导致数据无法正确解析，出现丢帧或无法通信现象。

4 通讯故障处理方式

4.1检查参数设置

一般情况汇流箱通讯参数主要包含站地址、波特率及通讯协议，其中地址根据上位机定义进行设置，如1号汇流箱设置为01，依次类推；波特率根据汇流箱说明书选择设置，一般波特率为9600；通讯协议根据设备说明书进行设置，一般选择modbus通讯协议。

4.2通讯电缆接线检查

汇流箱 RS-485 通讯组网连接时，仅需将 A、B、屏蔽层接至端子排对应端子即可，且满足以下要求：

1） 通讯电缆必须用双绞屏蔽电缆，端子屏蔽层需剥离干净，以免通讯端子螺丝直接压接在屏蔽层，造成通讯线虚接；

2） 通讯电缆屏蔽层应连续，通讯电缆采用菊花链即手拉手连接时，屏蔽层之间也要可靠连接在一起，且屏蔽層必须接大地；

3） A、B 接线时注意不要接反，A 与 B 互为双绞接线。

4） 485 通讯网络接线必须采用菊花链即手拉手方式（不能采用星形）。

4.3更改屏蔽线接地方式

RS-485通讯主要受到的干扰是电磁干扰和高频干扰，常规消除干扰的方法包括：①采用屏蔽双绞线并有效接地，②强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽，③布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线。对于第2、3方式一般在工程建设中选用，但实际施工过程中由于设计、人员工作责任心、偷工减料等原因，并未做到采用镀锌管和远离高压电缆进行施工。若后期改造成本高，因此一般选用有效接地进行方式消除干扰。而该项目根据厂家出厂说明书和设计院设计图纸，汇流箱通讯线只需在通讯管理机柜内进行单点接地，但实际运行中发现该方案不能消除干扰，甚至因为干扰太大将通讯装置输出电压拉低甚至烧坏。现场通过大量试验，与通讯柜连接的第一个汇流箱内增加一组接地线，通讯装置抗干扰能力可提升2V左右，最终试验出采用两点接地即可消除干扰。

4.4通讯板匹配电阻

RS-485是差分电平通信，在距离较长或速率较高时，线路存在回波干扰，此时要在通信线路首末两端并联120Ω匹配电阻。推荐在通信速率大于19.2Kbps 或线路长度大于500米时，才考虑加接匹配电阻。而光伏电站汇流箱RS-485通讯线路最远一般为150米，因此一般不推荐在线路首末两端并联120Ω匹配电阻。

RS-485通信双方的地电位差要求小于1V，但是由于干扰等原因造成通讯线路壓降超过2-3V，这样通讯装置由于差分电压太大很难实现正常通讯。另外有些通讯板因为干扰等原因输出电压已降低至2V左右（通讯板正常输出电压5V），或者干扰太大增加一组接地线后通讯还不稳定的问题。目前南瑞继保工程有限公司生产的一种通讯装置可通过通讯板内部跳线设置，实现匹配电阻的方式提升通讯能力。

如上图第 1 个串口作为 RS-485 使用时，P5 作为匹配电阻。通常情况下，不设置该跳线；只有在通信状况不理想时才设置该跳线。

5 结论

随着节能减排步伐的加快，光伏电站的规模也越来越大，电站的智能化和数字化也是发展趋势，光伏汇流箱作为电站的关键设备之一，起到承上启下的作用。提高RS485通讯抗干扰能力成为施工建设及运维工作的技术重点，在485总线系统施工时必须严格按照施工规范施工，特别应注意下面几点。

1、布线一定要布多股屏蔽双绞线。多股是为了备用，屏蔽是为了便于出现特殊情况时调试，双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性较好。不采用双绞线是错误的。

2、485 通讯网络接线必须采用菊花链即手拉手方式，坚决避免星型连接和分叉连接。

3、为避免强电对其干扰，485总线应避免和强电走在一起。

参考文献

[1]沈辉，舒碧芬，闻立时，我国太阳能光伏产业的发展机遇与战略对策，中国储能电池与动 力电池及其关键材料学术研讨会，2005（6）：430-432.

[2]黄家平，屏蔽双绞线的干扰耦合特性研究，电子测量技术，2009（32）：1-2.

[3]张莹，电缆屏蔽层接地方式及抗干扰分析，理论与方法，2010（11）：29-30.

[4]邱智民，RS-485 总线抗干扰措施的分析，《广东输电与变电技术》， 2008（6）：23-26 .

[5]农挚著，邱杰，HXSP-2108C 光电隔离型RS-232/RS422/RS485 接口转换器的工作原理、 检测与维修，视听，2010（12）. ，基于4GLTE 的光伏电站无线监控系统的研究，中国新通信，2016，（4）.