电力通信技术在光伏电站中的应用.doc

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电力通信技术在光伏电站中的应用

摘要：

随光伏电站中广泛应用各种通信技术，全面分析了工业以太网技术、电力线载波通信技术、现场总线技术、以太网无源光网络技术、ZigBee技术各自的特点及其在光伏电站通信中的应用场合与对应的优劣。

在此基础上，提出分别适用于大型光伏电站和分布式光伏电站的整体通信系统架构。

关键词：

电力通信技术；光伏电站；应用

中图分类号：

187文献标识码：

A

引言

随着社会的发展，能源短缺及环境污染问题逐渐凸显，能源安全已经成为世界各国最为关注的问题之一。

光伏发电是目前太阳能资源开发的重要形式，而且已经实现了产业化，在很多国家已经建立了光伏发电站，取得了很好的发电效果和经济效益，并且通过供电网络实现了电能的传输。

随着光伏发电技术的不断发展，光伏电站生产的电能越来越多，如何解决配电网的通信问题，是影响光伏发电技术发展的关键。

1、光伏电站中通信技术及特点

大型并网光伏电站和分布式光伏电站由于装机规模、接入电网的地点、安装方式等不同，对通信网络有不同的要求，需要分别考虑。

大型并网光伏电站装机规模大、占地面积广，所以要求通信网络的数据流量大、传输距离远、数据传输可靠性高；分布式光伏电站装机规模适中、往往安装在屋顶或建筑外墙上，所以要求通信网络数据流量和传输距离要求一般，但要求通信装置安装维护方便，环境适应性强。

这两种光伏电站各个环节中应用到的通信技术有工业以太网技术、电力线载波通信技术、工业现场总线技术、EPON技术以及ZigBee无线通信技术。

1.1、工业以太网技术

工业以太网技术是基于IEEE802.3（Ethernet）标准的坚强可靠的局域网络技术。

工业以太网相比于一般以太网，增强了其系统响应的实时性、网络传输的确定性、应对干扰的可靠性，所以能够胜任工业现场恶劣环境下的数据传输任务。

工业以太网的传输介质包括加固双绞线、同轴电缆、单模/多模光纤，能够比较容易达到1000Mbit/s的传输速率，完全能够胜任光伏电站的通信数据流量。

对于大型并网光伏电站来说，采用光纤作为传输介质，利用光纤传输距离远的特点，可以较好的覆盖整个光伏电站。

所以大型光伏电站中，采用工业以太网技术建设光纤网络作为通信的主干网络，可以满足光伏电站对上与电网通信、对下监控现场控制器的要求。

对于分布式光伏电站，由于其规模较小、通信数据流量较低，专门建设一套工业以太网的主干网络显得浪费通信资源了。

1.2、工业现场总线技术

工业现场总线包括MODBUS、CAN、LonWorks、Profibus、HART等，用于工业现场设备与上级控制系统之间的指令发送和信息交互。

由于采用总线结构，所以布线简单、安装方便。

相比于RS–485总线，工业现场总线传输距离更长、能够容纳的节点更多、传输的可靠性更高、实时性更好，更加能够适应光伏电站的工作环境，是当前光伏电站内部数据通信的主流技术方案。

众多工业现场总线中，以MODBUS和CAN总线应用最多。

MODBUS协议是开放的免费协议，支持各种电气接口，可以应用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络中。

MODBUS协议容纳的节点多，数据帧格式紧凑，非常适合光伏电站中装置单元数量较多、每个单元传输数据量较小的实际情况。

CAN总线是国际上应用最多的现场总线之一。

CAN网络内能够容纳的节点个数在理论上是不受限制的。

各个节点用不同的优先级属性，保证数据传输的顺畅和实时性，传输距离最远可达10km（速率低于5kbit/s），速率最大可达1Mbit/s（通信距离小于40m）。

CAN总线以其优越的传输性能，成为光伏电站内部数据通信的重要选择方式。

2、光伏站配电网中通信技术的应用

2.1、光伏站内配电网络需求分析

光伏发电站是目前新能源技术应用的一个创新，同传统能源发电不同的是，光伏发电站的发电原材料是太阳能，因此最大限度的收集太阳能是提高发电量的关键。

而且目前光伏发电站的发电设备主要是光伏电池板，所以说光伏发电站具有占地面积大、发电设备数量多的特点，如图1是某光伏发电站。

光伏发电站的这一特点，使得其内部网络配电网络的稳定性、安全性大大降低，也多其配电网络通信提出了更高的要求。

（1）光伏发电站的设备分布区域大，这也使得电能的监控难度增大，如果仅仅依靠人工来对光伏站内的配电网络进行监控，不仅工作量巨大，而且取得的监控效果也不会很好，所以必须通过计算机通信技术实现智能化的监控。

对于光伏发电站来说，由于每一个太阳能电池板相当于一个节点，因此采用无线通信技术能够实现对每个太阳能电池组的监控，从而有利于故障的发现和排除。

（2）光伏发电的转换率比较低，因此在配电网络的通信传输中，要充分考虑到功耗，要尽可能降低数据通信产生的消耗。

2.2、光伏电站无线监控系统

光伏电池通常被封装成一个模块，它可以将光能转化为电能。

大多数太阳能发电系统有数串光伏模块，每串有两个以上的光伏模块。

每串光伏模块间相互连接组成阵列，这些阵列能输出期望的电流或电能。

实际工程中使用的光伏阵列，由于阳光照射阴影、表面尘埃、光伏电池老化等因素，光伏阵列输出的电能将无法达到期望的数值，引起光伏发电系统不必要的波动。

图1显示的就是基于无线通信网络的监控系统。

这个系统采用IEEE802.15.4–2003ZigBee标准，可以监控系统太阳能模块、太阳能模块串和逆变器。

在无线监控系统的帮助下，每个太阳能模块的状态都是可以轻松获取，及时发现可能出现故障或异常状态的部分，给光伏系统的故障诊断和日常维护提供技术支撑。

图1光伏电站的数据采集系统

2.3、光伏站内配电网中计算机通信技术的应用

根据上文需求分析，光伏站内的发电设备分布区域广，要实现全区域的控制、信息收集、信息查询功能等，因此光伏站内的配电网通信采用无线通信技术，不仅能够降低成本和功耗，而且能够实现节点控制，使信息采集、控制更加精细化。

在整个区域设置网络中心节点、协调器以及无线终端，从而实现无线网络组建。

其中网络中心节点负责收集各个节点的信息并发送控制指令；协调器不仅可以作为网络的一个节点，而且可以在两个节点间实现信息的传递；网络终端节点则主要是对太阳能发电设备进行监控，并通过协调器发送相应的状态信息。

其中协调器、网络中断节点都可以对电池组进行控制和监控。

2.4、光伏站外配电网中计算机通信技术的应用

对于光伏站外的配电网络的信息传递，可采用光纤通信技术。

这种技术具有数据传输量大、误码率低的特点，适合复杂的配电网络，能够提高配电的稳定性，其中AON技术是先进的光纤通信技术，其不对信息进行处理，所以是透明性极强的网络。

这种光纤通信技术且具有开放性、兼容性强的特点，能够兼容频率、制式不同的信号，这就是为各个光伏电站信号传递提供了方便，不至于出现信号制式不同而不能使用同一传输通道的问题。

结束语

本文在分析各种通信技术的优劣及适用的光伏电站类型基础上，提出适用于大型光伏电站的有线数据采集与监控系统和适用于分布式光伏电站的无线监控系统。

参考文献：

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