分布式光伏監控系統的應用開發

李小秋

（深圳市康必達控制技術有限公司，廣東深圳518055）

0 引言

在國家的大力倡導下，分布式光伏電站如今開始興起，它充分利用了閑置的屋頂、樓頂、廠房頂、農業大棚等，而且低壓并網安全又可靠，由此看來，分布式光伏發電的發展是大勢所趨。正是在這種趨勢的引導下，很多從事電氣行業的電氣公司開始紛紛將重心轉移到分布式能源上來，大量的分布式能源建成投產。為實現對分布式能源的高效監控，滿足電力接入電網的要求，需對分布式能源的合理調配、集中監控、電網分析、配網自動化及日常維護等進行統一管理。然而，當前的分布式光伏發電監控系統主要采用硬連線的組網方式進行監控，而硬連線的組網方式存在著需挖溝走槽、布線復雜、通信不可靠、時鐘不同步等問題。

1 系統設計

本文的主要目的在于提供一種分布式光伏監控系統，旨在解決現有光伏發電監控系統存在的需挖溝走槽、布線復雜、通信不可靠、時鐘不同步等問題。為實現上述目的，本文提供了一種分布式光伏監控系統，該系統包括監控中心、通信管理機、匯流箱及逆變器等設備。監控中心用于通過下行目標信道將數據請求無線發送至通信管理機；通信管理機用于接收所述數據請求，并通過上行目標信道將與所述數據請求對應的設備的運行數據無線反饋至監控中心，其中，運行數據為通信管理機采集并保存設備的運行數據。監控中心用于通過上行目標信道接收所述運行數據，并對所述運行數據進行監測。

本系統網絡結構由中心節點子網和分布式子網組成，如圖1所示，通過對中心節點子網ZigBee數據包和分布式子網ZigBee數據包進行解析，得到信號強度指示值，判斷所述信號強度指示值是否滿足預設的信道要求，若滿足所述信道要求，則對所述信號強度指示值進行離散率分析，得到離散率值。根據所述離散率值確定所述下行目標信道及所述上行目標信道。

圖1 分布式光伏監控系統網絡結構圖

監控中心還用于通過所述下行目標信道發送時鐘同步命令至與所述下行目標信道對應的通信管理機。通信管理機基于所述時鐘同步命令進行時鐘修正，并通過所述上行目標信道將修正后的時鐘返回至監控中心。監控中心與通信管理機采用冗余數據補抄標識，確保數據的安全與完整性。

2 系統通信實施

在本文實施例中分布式光伏監控系統中包括一個監控中心、若干通信管理機及若干設備。監控系統與通信管理機之間進行信息傳輸的通道稱之為信道，分布式光伏監控系統中可以存在多條信道。其中，下行目標信道表示信息傳輸方向由監控系統至通信管理機，且網絡良好、信道噪聲小、傳輸誤碼率小的信道。通信管理機用于接收數據請求，并通過上行目標信道將與數據請求對應的設備的運行數據無線反饋至監控中心，其中運行數據為通信管理機采集并保存的設備的運行數據。

在本文實施例中，上行目標信道及下行目標信道表示相匹配的信道，可以是同一信道也可以是不同的信道，上行目標信道及下行目標信道中的上行與下行僅表示信息傳輸方向，不具有其他限定含義。

在本文實施例中，每一臺通信管理機通過串口線實時獲取與自身連接的設備的運行數據，并將獲取到的運行數據保存在該通信管理機內，通信管理機在接收到數據請求后，通過上行目標信道將與該數據請求對應的設備的運行數據無線反饋至監控中心。監控中心通過上行目標信道接收運行數據，并對運行數據進行監測。

監控中心還通過下行目標信道將數據請求無線發送至通信管理機，通信管理機用于接收數據請求，并通過上行目標信道將與數據請求對應的設備的運行數據無線反饋至監控中心。與現有技術相比，本文實施例中監控中心基于無線通信的冗余離散分析算法，提高了分布式光伏監控系統通信的可靠性，大大降低了項目的投資成本。

在分布式光伏監控系統中，每一個信道中的ZigBee數據包的獲取過程都是相同的，針對某一信道，預先設置時間段，并將該時間段分成n個采集周期，在預設時間段內，每隔一個采集周期從信道中的中心節點子網的ZigBee設備上采集到1個ZigBee數據包，可以采集n個ZigBee數據包。若一個信道中的分布式子網由k個ZigBee設備構成，在預設時間段內，每隔一個采集周期從信道中的分布式子網中的k個ZigBee設備上采集到k個ZigBee數據包，一共可以采集k×n個ZigBee數據包。通過對中心節點子網的ZigBee數據包和分布式子網ZigBee數據包進行解析，可以得到不同的信號強度指示值。然后對信號強度指示值進行離散率分析，根據得到離散率值就可以判斷，滿足預設的信道要求表示該信道所處的網絡性能良好，信道噪聲比小；不滿足預設的信道要求表示該信道所處的網絡性能較差，信道噪聲比大。針對不滿足預設的信道要求的，可以通過調整ZigBee設備的位置，頻段的匹配調整或增加中繼，來提高系統的通信效果及通信的可靠性。

3 系統時鐘同步實施

由于中心節點子網與分布式子網之前是無線傳輸的，所以監控中心和通信管理機之間信息傳輸會存在延遲，并且串口線之間進行信息傳輸也需要傳輸時間。例如，在某一時刻，監控中心獲取當地時間為T，監控中心進行信息打包處理時間為ΔT1，監控中心將打包處理后的信息傳輸給通信管理機的時間為ΔTc，通信管理機接收到打包處理后的信息后進行解包處理，解包處理時間為ΔT2，通信管理機如果將T作為當前最新時間修正本地時鐘，則這次修正是不正確的，因為通信管理機修改本地時鐘的那一時刻，標準時間應該是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2，因此，若監控中心在T時刻，將T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作為標準時間發送至通信管理機，時鐘修正才是精準的。

其中，ΔT1+ΔTc+ΔT2的確定方法是通過測延遲報文來實現，測延遲報文通常是在初始化時和通信鏈接中斷后又恢復時進行的，測延遲報文的具體流程為：在T+ΔT1+ΔTc+ΔT2時刻，通信管理機收到時鐘同步命令后，通信管理機同時發送確認命令，確認命令的長度必須與收到的時鐘同步命令的長度相同，假設打包處理時間ΔT1與解包處理時間ΔT2相同，又經過ΔT1+ΔTc+ΔT2的時間，監控中心收到確認命令，將監控中心收到確認命令的時間記為T2，T2=T+（ΔT1+ΔTc+ΔT2）+（ΔT1+ΔTc+ΔT2），因此，對時延遲時間Tdelay=ΔT1+ΔTc+ΔT2=（T2-T）/2，時鐘源在以后的時鐘同步的過程中，就可以對時鐘進行修正，在T時刻，監控中心發送標準時間=T+Tdelay至通信管理機，通信管理機將標準時間=T+Tdelay作為當前最新時間修正本地時鐘，獲得比較精確的時間。

4 結語

本文所提供的分布式光伏監控系統，已經應用于屋頂分布式光伏發電、漁光互補發電、農光互補發電等多種場景，運行穩定，通信可靠，大大節省了項目的投資成本，用戶反應良好。