智能箱变测控装置的研究

摘要：光伏行业发展迅速，但部分光伏电站存在结构复杂的问题，本文提出一种新的解决方案，将测控和通讯合二为一成为一种新型的测控装置。文中，对测控装置的组成进行了详细的介绍，并对产品的创新性进行了归纳和总结。通过现场运行得到了用户的肯定和认可。

关键词 ：太阳能;智能箱变测控;通讯管理机

1.技术背景

太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划。近年来，太阳能开发利用规模快速扩大，技术进步和产业升级加快，成本显著降低，已成为全球能源转型的重要领域[1]。

我国76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀;与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠;除大规模并网发电和离网应用以外，太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存， 太阳能+蓄能 几乎可以满足中国未来稳定的能源需求。此外，太阳能光伏发电系统的装配几乎不受地域限制，对地理条件的要求不高，从南到北，从东到西，只要有光照的地方，都可以裝配光伏发电系统[2]。

2.装置概述

目前大部分光伏发电单元内汇流箱、逆变器、箱变等设备先把信息送至通讯管理机，再由光纤收发器上传到综自系统，系统结构如图1所示，系统中各组成设备之间的连线如图中虚线所示，由此可以看出整个系统的接线过于繁多，增加了故障率，同时也增加了投资成本，不利于以后系统故障的排查。我公司在传统方案的基础上进行了改进，将通信管理机、光纤交换机和箱变测控保护功能融为一体，完成了信号的采集和数据的传输;不仅简化了光伏发电单元的接线，又提高了系统的稳定性，降低了光伏电站测控通信类设备投资成本。我公司研发的新一代智能箱变监控装置BHE-336T，可用于箱变的模拟量采集、非电量保护、远方控制和通讯功能。从而实现升压站对光伏箱变的远程管理和自动化监控，满足光伏电站的“无人值班，少人值守”的运行管理方式。

3.装置组成

为了适应光伏电站恶劣的现场环境，箱变监控装置的机箱采用加强型单元磨具机箱，后插拔的插件式结构，方便现场安装和更换。装置由以下插件构成：交流插件、CPU插件、开入插件，信号插件、通讯插件以及人机对话插件。

交流插件：插件上包括电流变换器和电压变换器，用于将系统中电流互感器和电压互感器的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，以便于CPU插件进行采集转换，同时也起到强弱电隔离作用。

CPU插件：整个装置的核心部分，主要负责：数据采样处理、保护的逻辑判断、遥信信号的处理、遥控的开出、直流量的采集、与人机对话插件的通信。插件采用多层印制板和表面贴装工艺，采取了多种抗干扰措施，大大提高了抗干扰性能。

开入插件：每块开入插件可提供24路开入，用于光伏电站上信号的监测。

信号插件：此插件主要是将交流或直流220V电源转变成装置内部需要的5V和24V电源，;同时，插件上还有6路遥控输出，通过继电器的出口可控制开关的分合。

通讯插件：提供8路RS485主站接口和2路光纤以太网接口。8路RS485可接入逆变器、智能汇流箱、1-6路视频监控等设备，每个RS485接口可接入设备32台，传输速率300bps-115200bps可配置，传输距离可达1000米，可支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103/104、DMP500、Modbus、CDT、9702、私有协议（需提供规约文本）等多种规约。2路光纤以太网接口可组成自愈式光纤环网。光纤接口为单模或多模SC型（可选ST、FC等），波长为1310nm，传输距离可达50km，通信协议采用IEC60870-5-104，面向单个智能设备数据，实现Modbus到IEC60870-5-103的统一转换和传输，可方便接入目前主流的电站监控系统。

人机对话插件：安装于装置面板上，是装置与外界进行信息交互的主要部件，采用大屏幕液晶显示屏，全中文菜单方式显示（操作），面板上包括液晶显示器、信号指示灯、操作键盘等。

4.装置的创新点

我公司研发的箱变监控装置BHE-336T与以往的测控装置相比，具有以下几点创新性：

（1）项目融合通信管理机、光纤交换机、和完善的测控保护功能于一体，可以降低光伏电站测控通信类设备三分之二的投资成本，简化了光伏电站的接线，现场调试的工作量大大减少。

（2）项目将电力系统变电站内规约IEC61850应用到新能源领域，通过双100M光纤环网实现了光伏电站或风电场的发电单元与升压站综自系统的无缝对接，实现了互操作性，省却了在现场的大量调试工作，同时也增强了变电站的可靠性和安全性。

（3）项目将非电量保护和电气量融于一体，提供重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警、SF6 气压异常报警、变压器高温报警、变压器超高温跳闸、变压器油位低等非电量保护，带复合电压闭锁的三段式电流保护、零序电流、过压、欠压、CT断线、缺相保护、PT断线功能，能够在箱变故障的情况下跳闸切除故障，保证箱变的安全稳定运行。

（4）项目机箱结构采用后插拔方式，后插拔工艺结构与前拔插相比有着很大的优势，有利于强电、弱电的分离，整个装置的抗电磁干扰能力大大提高。母板装在机箱前侧，现场强电信号由机箱后侧接入，经过光耦、变换器等隔离成弱电信号后经母板与其他板件进行连接。

5.现场应用

装置自问世以来，秉承以客户为中心，品质至上的原则，根据客户需求不断完善产品，使设备更能符合现场和用户的需求。产品在河北、河南、山东、内蒙古、新疆、青海等地均有大量成功运行的案例，实践证明，装置能够经受现场严酷的环境，运行稳定可靠，受到了用户的一致性好评。

参考文献

[1] 许强. 我国分布式光伏发电现状研究[J]. 电力设备， 2018， 14： 145.

[2] 张民富. 太阳能光伏发电系统现状及前景分析[J]. 基层建设， 2017， 12： 38- 39.

作者简介

刘琳，女，硕士，1982年出生，毕业于燕山大学电力系统及其自动化专业，在河北北恒电气科技有限公司从事产品研发工作。