无锡市产品质量监督检验院国家太阳能光伏产品质量监督检验中心 江苏无锡 214101
摘要:基于光伏电站运维管理信息量大、节点分布分散、传输距离远、扩展要求高、性能要求强的实际情况，研究了分布式光伏电站和集中式并网光伏电站在基础通信系统上的设计思路，并进行了简要的阐述。
关键词:CAN；RS485；ZIGBEE
在当今，高速发展的信息科技极大的缩短了其他产业在探索发展上的时间周期，而各行各业的蓬勃发展更多的是以能源为基础驱动力量来支撑的，然而能源短缺和高速发展的矛盾不可避免的展现在了我们的面前。在探索解决能源短缺的问题上，太阳能、风能、生物能等等可再生资源的出现，一时引起了全球范围的广泛关注，当下，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，更是成为了各国能源研究机构的重点攻关领域。
相比较其他国家的太阳能资源来说，我国的太阳能资源总量是相当丰富的，据国家能源局的测算显示，将中国所接受的光照辐射能量折合成标准煤将可以达到4.9万亿吨标煤，如图1所示，其中高辐射状态主要分布在中国的西部和大部分北部地区，因此也使得太阳能发电基地的选址，更多的分布在这些区域，以便充分利用天时、地利的资源，将太阳能利用率最大化。但由于这些地区建设地址过于偏远、通信基础设施较为滞后，使得电站在现场通信总线上的设计需要克服更多诸如布线繁、成本高、可靠性低、扩展和维护难的技术难题，以满足光伏整体运维监控系统的要求，降低光伏电站在运行过程中可能产生的风险，来提高其整体的高效运行效率。
图1 中国太阳能资源分布图
针对上述所说的情况，本文将依据实际工程的要求及通讯方式的特点，分析其在现场通信总线技术上的实现方式。光伏电站的主要设备包括光伏组件、汇流箱、逆变器、高低压配电箱、变压器等，而通常光伏发电技术根据并网与否，又可以分为，分布式光伏电站和集中式并网光伏电站。
1 分布式光伏电站
分布式光伏电站主要用于边远无电地区（如高原、海岛、牧场等）、交通设施应用（航标、地面及高空交通信号、无人值守供电系统、公交站台等）、通讯领域（微波中继站、光缆维护站、广播通讯系统等），这些应用往往是电网铺设有难度、费用昂贵、后期维护成本高的场景，利用太阳能可以更好的节约资源、提供资源的利用率。尽管分布式光伏电站的规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同（例如图2所示）。
图2 分布式光伏电站工作原理图
目前在分布式太阳能光伏电站的现场多数会采用RS485的总线通讯技术结合无线通信的方式与上位机构成一个整体的运维监控系统，但随着这类型电站的发展规模扩大，以RS485总线设计的现场通信系统将逐渐凸显出实时性和远距离上的缺陷，而且可靠性的降低也会进一步增加系统的运行风险，运用CAN总线通信技术可以满足实时性、可靠性、远距离及节点的扩容等要求。整个通信系统如图3所示。
图3 分布式光伏电站通信系统图
整个通信系统，通过CAN总线控制着各节点上的信号转换器、单片机、各类传感器和执行单元，并通过各节点实现采集分布式光伏电站现场的环境参数与各逆变器等状态参数，通过CAN模块发送到CAN总线上，上位机通过CAN接口接收数据，并存储、分析、处理通过应用服务器将数据在前端进行展示，远程监控电脑通过互联网，可以实时获取电站的运行参数，并及时发现和调整对分布式光伏电站的现场运维监控管理。
2 集中式并网光伏电站
集中式并网光伏电站主要用于地面电站、屋顶电站、光伏大棚为主一般会采用高压或者特高压并网。这类电站的特点是安装整体容量大、占地面积相当广阔、附属设施较多，需要专业人员驻守维护。其组成结构和工作原理如图4所示。
图5 集中式并网光伏电站通信系统图
本系统采用ZIGBEE无线通信系统来构建各网状节点，在网状节点中每个终端设备通过RS485总线连接区域内的逆变器和汇流箱等设备，网状节点的数据最终汇集到中心节点，如果中心节点位于管理中心，那可以采用RS485总线与管理中心进行数据交互，如果中心节点里管理中心距离太远，可以采用GRPS网络传输至管理中心。本系统在考虑使用ZIGBEE的通讯方式时也对其他诸如WIFI、BLUETOOTH、IRDA、GPRS的无线通讯技术做了对比（详见表1），最终选用ZIGBEE来进行构建，是因为它的集成化程度高，在三级安全模式下安全性能也得以保障，整体技术成熟，安装和扩展更为便捷，其近距离相邻节点传输的范围可达10m至3km，而且还支持星型、树型、网型等多种网络拓扑结构，1个主节点可以支撑254个子节点，最多可以构成65000个节点网络，再辅以GPRS无线通讯技术的接入，使整个系统在高安全、高可靠、高容量、高扩展的体系下覆盖的面积将能极大满足现场的运维监控要求。
结语： 随着太阳能技术的不断发展，在各行业领域的应用也将逐渐深化，而光伏电站的大量建设，将更加凸显其分散布局和庞大站点数量的情况，使得监控和维护的成本进一步的增加；如何准确的获取电站中的实时状态，不但能够保障光伏电站的安全可靠运行，更能对电站的发电效率、故障预警和风险控制提供科学决策的依据，因此设计更为优化的通信系统来保障整个运维监控系统的实时性和稳定性将具有重要而又长远的意义。
参考文献：
[1] 曹晏宁，李峰，段柯利等．光伏电站数据采集与远程监控[J]．能源与节能，2013（3）：51-53.
[2] 马树才，王建军，谢芳．基于ZigBee技术的光伏发电监控系统的研究和分析[J].电源技术，2014，38（4），704-705.
[3] 刘新德，卢晓东，冯仁剑. 基于 CAN总线的模块化独立光伏发电控制系统[J].低压电器 , 2012(7)：23-26.
论文作者:沈客
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/28
标签：电站论文; 光伏论文; 节点论文; 分布式论文; 太阳能论文; 总线论文; 通信系统论文; 《防护工程》2017年第22期论文;