分布式光伏智能并网柜通信系统的研究
2021-03-31
苏州阳丰科技有限公司 江苏苏州 215000
对于光伏发电而言，其工作原理即通过半导体光伏效应使太阳能可以直接变成电能的一项新技术。相较于传统发电能源，太阳能属于清洁且可再生性资源，它凭借着安全、环保以及便捷等诸多优点而在近些年得到了较为广泛的应用。目前，我国分布式光伏的安装地点极多，例如大型建筑物的屋顶、居民住宅以及工厂屋顶和空地荒地等位置，就近发电、并网、就近转换以及就近使用是分布式光伏的基本使用原则，借助该方式能够增强相同规模的电站发电总量，进而让电能利用的实际效率得到显著强化[1]。
1 智能并网柜通信系统的设计方案
1.1 基本阐述
一个完整的智能并网柜主要包括以下几部分，分别是监测、电源、通信以及汇流等分系统。其中监测系统最为关键的一个作用即对配电柜当中设备运行的具体情况与信息进行实时化监测并利用触摸显示屏来显示监测结果，计量电度表、智能化的断路器与逆变器等是其主要组成部分；电源系统是触摸显示器与通信网关得以正常工作的基础，它为二者提供充足的能量；通信系统主要负责两部分的通信，其一是和配电柜中各个设备间进行通信，把设备的检测数据进行汇总，其二是和云端的服务器进行通信，以此实现远程监控和管理的目的；而汇流系统则是把不同的分布式光伏发电部分的输出进行汇集然后和电网进行连接，从而达到并网等目的。分布式光伏智能并网柜通信系统实际上是针对现阶段分布式光伏发电装置具有的分散和小型化等特点而研发出的一种新型并网柜，它将监测、并网以及汇流进行了科学整合，为用户管理提供了极大便利。
1.2 基本结构
相较于传统配电柜，智能并网柜把普通的塑料材质的断路器更换成了具有检测能力的自动式重合闸断路器，从而减少了安装电压互感器与电流互感器的步骤，这不只是节省了安装成本，同时还让安装工作的流程更为简便。计量表以及自动式重合闸断路器是智能并网柜最为主要的两个组成部分，其中自动式重合闸能够对三相电压与三相电流等进行检测，可以针对不同的电流异常现象做出与之相对应且科学的保护措施，通过通信总线和通信网关的实施通信，能够对逆变器与各支路的断路器进行精准监测，一旦支路被断路器发现存在问题，那么便会立即进行报警处理，同时执行与之相关的保护动作，把报警信息以及断路器的状态信息上报至通信网关，而通讯网关再把信息上传至云服务器以及显示屏中，进而实现实时化监测等功能[2]。
1.3 硬件设计
首先挑选合适的智能并网柜的断路器。断路器实际上属于一类电流式的开关装置，通过这一装置能够将出现故障处的分断电流做切断处理，以此确保工作人员与其它装置的安全。按照电压的等级，能够把断路器细分为低压以及高压两种类型，在使用低压断路器时应当使用AC1200V 与DC1500V 以下的专用断路器，因此在当前智能并网柜中低压断路器的应用范围极为广泛与普遍。
在本篇文章的设计与研究中所使用的为TGM2LC 的断路器，其具有保护剩余电流、欠压、过压、短路、缺相以及过载的功能，而且还是具备重合闸等功能的综合性断路器。在选择从机时选用断路器，应用RS485 型号的串行电气接口，并且将DLT-645 以及Modbus 等作为此系统的通信协议，借助RS485 串行的电气接口，而通讯协议则使用DLT-645 或Modbus 等协议，在和主机完成连接之后，主机会将数据请求帧发送到下级设备，从机在接收到了由主机发送的命令后会在合理时间区间内做出准确回应，进而实现分闸与合闸升级以及检测数据的交换等。
其次是电源设计。现阶段，我国智能并网柜工作时两端电压为380V 的交流电压，通信网关、触控显示屏与电操机构以及四遥模块等不能直接使用由电源提供能量，所以需要通过电源模块来把较大的交流电压转换成直流较小的电压，通常触摸屏、电操机构和四遥模块需要24V 的电源进行供电，而通信网关则需要12V 的电源进行供电。本篇文章使用型号是NES-50-24 的电源模块，其对短路、过压以及过载等情况有着较好的保护效果，而且输出相对稳定，可以满足系统对于电源的要求。除此之外，在实际工作过程中，相关人员还需要对显示触摸屏、控制模块的电路以及网络通信模块的电路等进行科学设计与选择，以此确保系统能够正常且稳定的运行[3]。
2 系统测试
在该环节主要是对通讯性能以及丢包等进行测试，此次测试分别在以太网、无线网络（即WIFI）以及GPRS 无线信号等环境中进行，而测试的方法即检测云服务器和通信系统的数据接收与发送数量。最终的测试结果如表1、表2。
表1 通信性能在优化前的测试数据
表2 优化之后通信性能的测试数据
在通过以太网与GPRS 进行连接时不存在丢包问题，而WIFI环境下丢包率较高，在经过了分析之后，得到了导致该问题的原因是由于WIFI 的网络环境不稳定所造成。但是不管是通讯性能还是丢包率，当借助操作系统进行算法优化之后均得到了明显改善。
总而言之，本篇文章针对于分布式光伏发电系统所具有的分布光伏与规模不同等特点，设计出了一种全新且更为先进化的智能并网柜通信系统，该系统解决了传统并网柜中存在的诸多不足，但是因为研究时间较短因此仍旧存在一些不足，例如在并网柜之中的网络连接方式、通讯网关处理器的存储空间较小以及系统在指导、管理与派单等领域存在一定缺陷等，但是相信在后续的研究与开发过程中，上述问题必然能够得到妥善解决，最终使得管理中心运维效率得到显著提高。
