分布式光伏智能并網(wǎng)柜通信系統(tǒng)的研究

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對于光伏發(fā)電而言，其工作原理即通過半導(dǎo)體光伏效應(yīng)使太陽能可以直接變成電能的一項(xiàng)新技術(shù)。相較于傳統(tǒng)發(fā)電能源，太陽能屬于清潔且可再生性資源，它憑借著安全、環(huán)保以及便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)而在近些年得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前，我國分布式光伏的安裝地點(diǎn)極多，例如大型建筑物的屋頂、居民住宅以及工廠屋頂和空地荒地等位置，就近發(fā)電、并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換以及就近使用是分布式光伏的基本使用原則，借助該方式能夠增強(qiáng)相同規(guī)模的電站發(fā)電總量，進(jìn)而讓電能利用的實(shí)際效率得到顯著強(qiáng)化[1]。

1 智能并網(wǎng)柜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.1 基本闡述

一個(gè)完整的智能并網(wǎng)柜主要包括以下幾部分，分別是監(jiān)測、電源、通信以及匯流等分系統(tǒng)。其中監(jiān)測系統(tǒng)最為關(guān)鍵的一個(gè)作用即對配電柜當(dāng)中設(shè)備運(yùn)行的具體情況與信息進(jìn)行實(shí)時(shí)化監(jiān)測并利用觸摸顯示屏來顯示監(jiān)測結(jié)果，計(jì)量電度表、智能化的斷路器與逆變器等是其主要組成部分；電源系統(tǒng)是觸摸顯示器與通信網(wǎng)關(guān)得以正常工作的基礎(chǔ)，它為二者提供充足的能量；通信系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)兩部分的通信，其一是和配電柜中各個(gè)設(shè)備間進(jìn)行通信，把設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，其二是和云端的服務(wù)器進(jìn)行通信，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的目的；而匯流系統(tǒng)則是把不同的分布式光伏發(fā)電部分的輸出進(jìn)行匯集然后和電網(wǎng)進(jìn)行連接，從而達(dá)到并網(wǎng)等目的。分布式光伏智能并網(wǎng)柜通信系統(tǒng)實(shí)際上是針對現(xiàn)階段分布式光伏發(fā)電裝置具有的分散和小型化等特點(diǎn)而研發(fā)出的一種新型并網(wǎng)柜，它將監(jiān)測、并網(wǎng)以及匯流進(jìn)行了科學(xué)整合，為用戶管理提供了極大便利。

1.2 基本結(jié)構(gòu)

相較于傳統(tǒng)配電柜，智能并網(wǎng)柜把普通的塑料材質(zhì)的斷路器更換成了具有檢測能力的自動式重合閘斷路器，從而減少了安裝電壓互感器與電流互感器的步驟，這不只是節(jié)省了安裝成本，同時(shí)還讓安裝工作的流程更為簡便。計(jì)量表以及自動式重合閘斷路器是智能并網(wǎng)柜最為主要的兩個(gè)組成部分，其中自動式重合閘能夠?qū)θ嚯妷号c三相電流等進(jìn)行檢測，可以針對不同的電流異?，F(xiàn)象做出與之相對應(yīng)且科學(xué)的保護(hù)措施，通過通信總線和通信網(wǎng)關(guān)的實(shí)施通信，能夠?qū)δ孀兤髋c各支路的斷路器進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，一旦支路被斷路器發(fā)現(xiàn)存在問題，那么便會立即進(jìn)行報(bào)警處理，同時(shí)執(zhí)行與之相關(guān)的保護(hù)動作，把報(bào)警信息以及斷路器的狀態(tài)信息上報(bào)至通信網(wǎng)關(guān)，而通訊網(wǎng)關(guān)再把信息上傳至云服務(wù)器以及顯示屏中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化監(jiān)測等功能[2]。

1.3 硬件設(shè)計(jì)

首先挑選合適的智能并網(wǎng)柜的斷路器。斷路器實(shí)際上屬于一類電流式的開關(guān)裝置，通過這一裝置能夠?qū)⒊霈F(xiàn)故障處的分?jǐn)嚯娏髯銮袛嗵幚?，以此確保工作人員與其它裝置的安全。按照電壓的等級，能夠把斷路器細(xì)分為低壓以及高壓兩種類型，在使用低壓斷路器時(shí)應(yīng)當(dāng)使用AC1200V 與DC1500V 以下的專用斷路器，因此在當(dāng)前智能并網(wǎng)柜中低壓斷路器的應(yīng)用范圍極為廣泛與普遍。

在本篇文章的設(shè)計(jì)與研究中所使用的為TGM2LC 的斷路器，其具有保護(hù)剩余電流、欠壓、過壓、短路、缺相以及過載的功能，而且還是具備重合閘等功能的綜合性斷路器。在選擇從機(jī)時(shí)選用斷路器，應(yīng)用RS485 型號的串行電氣接口，并且將DLT-645 以及Modbus 等作為此系統(tǒng)的通信協(xié)議，借助RS485 串行的電氣接口，而通訊協(xié)議則使用DLT-645 或Modbus 等協(xié)議，在和主機(jī)完成連接之后，主機(jī)會將數(shù)據(jù)請求幀發(fā)送到下級設(shè)備，從機(jī)在接收到了由主機(jī)發(fā)送的命令后會在合理時(shí)間區(qū)間內(nèi)做出準(zhǔn)確回應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分閘與合閘升級以及檢測數(shù)據(jù)的交換等。

其次是電源設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，我國智能并網(wǎng)柜工作時(shí)兩端電壓為380V 的交流電壓，通信網(wǎng)關(guān)、觸控顯示屏與電操機(jī)構(gòu)以及四遙模塊等不能直接使用由電源提供能量，所以需要通過電源模塊來把較大的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流較小的電壓，通常觸摸屏、電操機(jī)構(gòu)和四遙模塊需要24V 的電源進(jìn)行供電，而通信網(wǎng)關(guān)則需要12V 的電源進(jìn)行供電。本篇文章使用型號是NES-50-24 的電源模塊，其對短路、過壓以及過載等情況有著較好的保護(hù)效果，而且輸出相對穩(wěn)定，可以滿足系統(tǒng)對于電源的要求。除此之外，在實(shí)際工作過程中，相關(guān)人員還需要對顯示觸摸屏、控制模塊的電路以及網(wǎng)絡(luò)通信模塊的電路等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與選擇，以此確保系統(tǒng)能夠正常且穩(wěn)定的運(yùn)行[3]。

2 系統(tǒng)測試

在該環(huán)節(jié)主要是對通訊性能以及丟包等進(jìn)行測試，此次測試分別在以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)（即WIFI）以及GPRS 無線信號等環(huán)境中進(jìn)行，而測試的方法即檢測云服務(wù)器和通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送數(shù)量。最終的測試結(jié)果如表1、表2。

表1 通信性能在優(yōu)化前的測試數(shù)據(jù)

表2 優(yōu)化之后通信性能的測試數(shù)據(jù)

在通過以太網(wǎng)與GPRS 進(jìn)行連接時(shí)不存在丟包問題，而WIFI環(huán)境下丟包率較高，在經(jīng)過了分析之后，得到了導(dǎo)致該問題的原因是由于WIFI 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定所造成。但是不管是通訊性能還是丟包率，當(dāng)借助操作系統(tǒng)進(jìn)行算法優(yōu)化之后均得到了明顯改善。

總而言之，本篇文章針對于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所具有的分布光伏與規(guī)模不同等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種全新且更為先進(jìn)化的智能并網(wǎng)柜通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)并網(wǎng)柜中存在的諸多不足，但是因?yàn)檠芯繒r(shí)間較短因此仍舊存在一些不足，例如在并網(wǎng)柜之中的網(wǎng)絡(luò)連接方式、通訊網(wǎng)關(guān)處理器的存儲空間較小以及系統(tǒng)在指導(dǎo)、管理與派單等領(lǐng)域存在一定缺陷等，但是相信在后續(xù)的研究與開發(fā)過程中，上述問題必然能夠得到妥善解決，最終使得管理中心運(yùn)維效率得到顯著提高。