浅析光伏电站监控系统方案选择

梅雷

摘要：本文重点研究了环网光纤通讯和无线通讯方案的特点，在综合考虑设备需求、施工难易、运维检修和建设成本等因素的前提下，给出不同类型的光伏电站监控系统选择方案。

关键词：光伏电站;环网光纤技术;无线通讯技术

0 引言

光伏场区监控系统可以为汇流箱、逆变器、箱变等提供全方面的监控和实时控制，并为用户提供丰富的信息界面，提供强大的分析处理功能和完善的报警监测机制。针对屋顶、地面、山地、水面、沉陷区等不同的场址状况，如何结合施工、运维、建设成本等条件，综合比较不同监控系统方案的实用性、经济性和综合效益，将成为一个值得研究的课题。

1 发展现状和趋势

国外在上世纪90年代就对光伏场区监控系统进行深入研究，且针对解决某一类特殊问题进行了部分系统数据量的采集和分析，1995年，美国可再生能源实验室对两座6kV并网型光伏电站进行了数据采集，根据气候条件对理论值和实际值分析比较，评价了各器件的效率问题。国内也在早期开展了监控系统的研究工作，合肥工业大学率先开发了并网发电系统的数据采集和监控软件包;中科院电工所以“组态王”为软件开发平台，以RS485总线为骨干，采用分层分布式方式的方式构建了监测系统现场网络;近年来，华为技术有限公司按照云、管、端三层架构设计，通过高速PLC载波和无线通信技术成功实现光伏场区监控数据采集和传输。不同的场区通讯方案不仅在成本上存在差异，且对项目的施工、运维等也存在较大影响，在综合考虑布线难度、后期维护、运行效率等情况的基础上，最优选择通讯系统方案成为当前亟待解决的问题。

2 通讯方案概述

光伏电站场区发电单元与主控室通信网络是光伏电站系统的神经，担负着传递测控信息，反馈故障状态，实现电站有功功率调节和无功功率调节，起到光伏电站精细化运维的关键作用，是光伏电站内极其重要的通信网络组成部分。

2.1环网光纤技术

光纤环网通信是光伏电站的主要通信方式之一，也是目前应用最为广泛的光伏电站监控系统方案。每个发电单元内设置一个逆变升压装置，装置内包含一台集成环网交换机的箱变测控装置，以此汇聚发电单元内的汇流箱、逆变器、视频监控和火灾报警等设备数据，通过与发电单元所在集电线路同路径敷设的环网光纤，将光伏场区设备数据传输到升压站（开关站）二次设备室内的光伏区通讯柜，再经柜内布置的环网交换机完成信号转换后，采集的数据信息传输至站内后台监控系统，进而完成数据显示、设备控制等功能。

2.2 无线通讯技术

无线通信方案可以提供快速部署、高速通信、坚强安全的网络，支撑端到端光伏电站建设。方案的网络架构主要由信息采集层、终端设备层、无线接入层、核心设备及业务层组成，其中信息采集层包含数据采集器，由无线收发终端、手机终端等设备组成终端设备层，宽带基站、路由系统等设备组成无线接入层，核心层及业务层则提供无线接入层和终端层的管理。

集中式光伏发电单元中的汇流箱、逆变器、箱变等设备信号均通过RS485通讯方式接入到独立的通讯管理机或集成通讯管理机的箱变测控装置的通讯串口，经过集中式接入方式将数据信息传输到无线收发终端;组串式光伏发电单元中的组串式逆变器借助交流电缆，通过PLC载波将设备数据汇聚到交流汇流箱，再经过RS485通讯方式将信号传输至数据采集器，数据采集器再将数据包以组串式接入方式传送给无线收发终端。无线数据接入终端通过网口与信息采集设备相连，将数据包通过空中无线电磁波传送给基站，借助基站天线将数据包接收下来，然后传送给核心网，核心网依据路由器将数据包转发到电站控制和业务中心。

3 方案对比分析

3.1 设备需求和成本分析

以100MWp光伏电站为主要类型，按照每个光伏方阵装机容量为1MWp、5条集电线路、同一项目不同通讯方案考虑，对传统环网光纤和无线通讯方案所需设备需求和成本进行分析（同一静态计算基准期），详见表1和表2 ：

3.2 施工和运维方面

传统环网光纤方案施工难度主要体现在光纤敷设方面，环网光纤方案设备节点较多、敷设路径较远，以山地光伏电站为例，在采用电缆沟或直埋敷设方式下，在不考虑支架、盖板等材料消耗的前提下，存在开挖难度较大、取土不易、沟内积水等问题;渔光互补光伏电站存在电缆桥架消耗量过大、水平力影响考虑桩基直径加大等问题;沉陷区水上漂浮光伏电站存在穿管、固定、水位变化造成的电缆损坏等问题;此外，在上述因素影响下，导致的施工周期拉长、安装成本较高，在一定程度上给具有“短、频、快”特点的光伏电站带来了不利影响。但是，传统光纤环网方案在数据传输上的可靠性也为电站的后期运维带来了一定便利。

无线通讯方案的主要设备集中在站内二次设备室，每个光伏发电单元只需安装一个无线数据模块，不受地形影响，设备节点较少，施工周期较短，且能通过配备手持终端，利用无线网络进行集群通讯、视频回传和调度等运维、巡检相关的通信功能，便于维护人員日常运维的同时，提高了现场的指挥调度能力，缩短了抢修时间，提高了应急能力。但是无线通信在成本、数据可靠性和安全性上存在一定劣势。

4 结语

综上所述，结合考虑施工难易、建设成本、运维检修和数据可靠性等因素，无线通讯方案在按照相关要求设立安全接入区，并部署安全隔离、访问控制和身份认证等安全措施的情况下，山地光伏、水上光伏可以考虑无线通讯方案;综合环网光纤在成本、故障率低等优势，地面光伏和屋顶分布式光伏电站布线空间不受限、开挖或穿管易于实现等特点，建议考虑环网光纤方案。

参考文献：

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