分布式自組織無線窄帶通信技術在光伏發(fā)電中的應用研究

摘要：在比較分析當前用于光伏電站數(shù)據(jù)采集無線通信方式的基礎上，針對現(xiàn)階段各種無線通信方式存在的缺陷，本文提出將分布式自組織無線窄帶通信技術應用于光伏電站的方案，該方案能夠很好解決現(xiàn)有通信方式存在的問題，在多個項目中應用效果表明，該組網(wǎng)技術能夠滿足光伏電站數(shù)據(jù)采集實時傳輸?shù)男枨蟆?/p>

關鍵詞：無線窄帶自組網(wǎng)；逆變器；光伏電站

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.020

中圖分類號：TN 91" " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-00-03

Application Research of Distributed Self-organizing Wireless Narrowband Communication Technology in Photovoltaic

SUN Wei， ZHANG Yazhou， WANG Xiaoyu

（Guoneng Nileke Energy Development Co.， Ltd.， Yili 835709， China）

Abstract： Through comparative analysis of the current wireless communication methods used for data collection in photovoltaic power plants， this paper proposes a solution to apply distributed self-organizing narrowband wireless communication technology to photovoltaic power stations. This solution effectively addresses the shortcomings of existing communication methods and has been validated in multiple projects， demonstrating that this networking technology can meet the real-time data transmission needs of photovoltaic power plant data collection.

Keywords： wireless narrowband self-organizing network; inverter; photovoltaic power station

0" "引言

隨著新能源技術的迅猛發(fā)展，光伏電站建設的規(guī)模不斷增大，各企業(yè)持有的光伏電站不斷增加，需要運維的電站數(shù)目也越來越多，常規(guī)的運維方法已經(jīng)難以滿足實際需求，光伏電站實現(xiàn)無人值班少人值守勢在必行，迫切需要從自動化向智能化升級，加快實現(xiàn)智能制造和智能應用，充分利用新一代信息技術，推動光伏產(chǎn)業(yè)從自動化向智能化升級，已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

為了最大限度利用自然資源，集中式光伏發(fā)電站多建于沙漠、戈壁、荒灘等光照資源豐富的地區(qū)，這些區(qū)域遠離市區(qū)，位置偏僻，人口稀少，信息基礎設施薄弱[1]。在對光伏電站進行運維管理過程中，無論是移動運維與安監(jiān)，還是匯流箱、逆變器數(shù)據(jù)的實時采集，均需要無線通信網(wǎng)絡的支持，但是，大部分集中式光伏電站并無廣泛、安全和可靠的無線通信覆蓋，作業(yè)人員進入電場后將面臨處于失聯(lián)狀態(tài)，既無法實現(xiàn)人員作業(yè)的實時監(jiān)管與協(xié)同，也無法及時獲取其他數(shù)據(jù)或信息。受限于此，企業(yè)主要負責人、安全生產(chǎn)分管負責人，安全監(jiān)督管理人員與主要生產(chǎn)管理人員、工作票負責人與監(jiān)護人、操作票監(jiān)護人，無法實時對作業(yè)現(xiàn)場的安全情況進行監(jiān)督；各類移動電子設備、傳感設備、智能穿戴設備等也難以按需安裝或及時采集數(shù)據(jù)，無法真正支撐大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的相關應用，更無法實現(xiàn)隨時隨地移動運維和安全管控。因此，建設智慧光伏電站，無線通信網(wǎng)絡的建設首當其沖。

1" "光伏電站數(shù)采方案比較分析

光伏電站數(shù)采通信傳輸分為有線和無線兩種方式，目前有線方式包括RS-485總線通信方式和PLC通信方式；無線傳輸方式包括基于 GPRS/4G、Wi-Fi方式的無線通信數(shù)據(jù)采集方案，下面主要針對這幾種方式進行比較分析，并重點對RS-485總線通信方式和基于窄帶自組網(wǎng)的無線通信數(shù)據(jù)采集方式進行比較。

1.1 RS-485有線通信方式

圖1為采用RS-485有線通信方式將光伏電站匯流箱采集數(shù)據(jù)傳輸至升壓站或集控中心的組網(wǎng)示意圖。

在采用RS-485有線通信方式時，逆變器數(shù)據(jù)經(jīng)RS-485線傳輸至采集器，再通過LAN或無線廣域公網(wǎng)傳輸至集控中心。該方式的優(yōu)點是通信穩(wěn)定，抗噪聲干擾性好。缺點是受RS-485傳輸?shù)奶匦詻Q定節(jié)點數(shù)量、覆蓋范圍有限，而且建設在野外的集中式光伏電站，線纜敷設受地形地貌沉降等因素影響，敷設完成后極易損壞，建設及運維工程量大，成本高。

1.2 PLC通信方式

圖2為采用PLC（Power Line Carrier Communication）即電力線載波通信方式實現(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)采集的組網(wǎng)示意圖。

PLC是指以輸電線路為載波信號的傳輸媒介的電力系統(tǒng)通信，輸電線在輸送工頻電流的同時，被用于傳送載波信號。這種通信方式的優(yōu)點是通過交流電纜進行有效數(shù)據(jù)傳遞，節(jié)省線纜和施工成本。缺點是變壓器對PLC信號有阻隔作用，只有非變壓器區(qū)域才能進行PLC通信，易受到電環(huán)境影響和干擾，傳輸速率低，通信數(shù)據(jù)量受限。

1.3 基于GPRS/4G的通信方式

圖3是基于GPRS/4G通信方式，這種方式依賴于公網(wǎng)，使用條件受限，對于地理位置偏僻的光伏電站而言，公網(wǎng)資源匱乏，比較難以實現(xiàn)。該通信方式的優(yōu)點是即插即用，無須布線。但缺點也非常明顯，僅能應用于公網(wǎng)覆蓋信號良好的區(qū)域，需購買流量卡，運維成本高。

1.4 基于Wi-Fi的通信方式

圖4是基于Wi-Fi的無線通信方式示意圖。

基于Wi-Fi的無線通信方式是最常見的無線通信方式之一，在光伏電站應用時，匯流箱通過Wi-Fi與無線路由器連接，無線路由器再通過有線方式將數(shù)據(jù)進行廣域傳輸。該傳輸方式的優(yōu)點是即插即用，無須布線；缺陷是覆蓋范圍小，節(jié)點數(shù)受限，路由器數(shù)量大。

2" "無線窄帶自組網(wǎng)技術在光伏電站的應用

2.1 分布式自組織無線窄帶通信技術

分布式自組織無線窄帶通信技術簡稱無線窄帶自組網(wǎng)技術，是一種組建分布式無中心無線網(wǎng)絡的通信技術，利用該技術實現(xiàn)的無線通信系統(tǒng)能夠實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的自組織，具有自探測、智能組網(wǎng)特性，網(wǎng)絡中各個節(jié)點均是對等節(jié)點，結構靈活，可以組成點對點，點對多點樹形和星形網(wǎng)，以及多點對多點網(wǎng)形網(wǎng)，每個節(jié)點既可以傳輸本節(jié)點數(shù)據(jù)也可以作為其他節(jié)點的中繼節(jié)點，因此能夠有效地擴展網(wǎng)絡的覆蓋范圍，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量最大可達到216個，實現(xiàn)大范圍、可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸，可靠性高，抗毀性強。網(wǎng)絡可以根據(jù)實際需求組成專用網(wǎng)絡，也可以通過單網(wǎng)關和多網(wǎng)關與各類廣域公網(wǎng)互聯(lián)互通[2]。

2.2 方案設計及實現(xiàn)

在多臺箱變測控單元上增加無線窄帶自組網(wǎng)根節(jié)點設備，在下連的所有匯流箱中通過RS-485接口連接無線窄帶自組網(wǎng)終端設備。無線窄帶自組網(wǎng)終端設備間，以及無線自組網(wǎng)終端設備與無線自組網(wǎng)網(wǎng)關設備間均能實現(xiàn)互聯(lián)互通，組成分布式無中心扁平的窄帶Mesh網(wǎng)絡。其中的轉發(fā)節(jié)點既發(fā)送自身的數(shù)據(jù)，又轉發(fā)周邊節(jié)點數(shù)據(jù)，使得最遠端的匯流箱可以經(jīng)過兩跳或三跳將數(shù)據(jù)傳輸至箱變測控單元。圖5中充分發(fā)揮了自組網(wǎng)路由自探測自組織的優(yōu)勢，在" 復雜場景中，保證最遠端設備的通信連接。在光伏電站生產(chǎn)運營過程中，若由于外界因素導致匯流箱的無線窄帶自組網(wǎng)終端節(jié)點設備或箱變的無線窄帶自組網(wǎng)網(wǎng)關設備出現(xiàn)故障，仍可自探測找到新的拓撲中最優(yōu)路由轉發(fā)數(shù)據(jù)，發(fā)揮自組網(wǎng)的抗毀頑存能力優(yōu)勢。

基于無線窄帶自組網(wǎng)的通信方式優(yōu)點是，網(wǎng)絡無中心，無須布線，組網(wǎng)靈活，擴容簡單，任何節(jié)點既可作為中繼節(jié)點也可作為終端節(jié)點，網(wǎng)絡規(guī)模大，能夠兼顧傳輸速率和傳輸距離的需要，不產(chǎn)生流量費用。缺點是工程實施前需要做好踏勘，根據(jù)信號強度部署網(wǎng)絡。

2.3 實現(xiàn)效果

通過在安徽、吉林等地多個不同規(guī)模光伏項目中應用，效果良好，圖6、圖7分別為某光伏項目自組網(wǎng)通信棒在線情況和通過自組網(wǎng)通信棒實時采集數(shù)據(jù)情況。

應用于光伏發(fā)電項目中的無線窄帶自組網(wǎng)具有以下特點：一是不需要提前規(guī)劃路由，實現(xiàn)自探測、自組織、智能組建網(wǎng)絡；二是組網(wǎng)方式靈活，支持點對點、點對多點，多點對多點；三是抗毀頑存能力強，避免單點故障導致通信中斷，克服有中心網(wǎng)關的網(wǎng)絡作用距離和傳輸速率受限的缺陷；四是當需要與其他類型網(wǎng)絡互聯(lián)互通時，可采用單點或多點連接其他各類網(wǎng)絡；五是網(wǎng)絡中任一節(jié)點既可以作為終端節(jié)點又可以作為中繼節(jié)點，大大提高網(wǎng)絡的可靠性、穩(wěn)定性和抗毀頑存能力，極大地擴展了網(wǎng)絡覆蓋范圍。

3" "結束語

實踐證明，分布式自組織無線窄帶通信技術能夠很好解決光伏電站現(xiàn)有方式存在的問題，尤其是針對建在野外等特殊場景的光伏電站，具有非視距傳輸、傳輸速率與覆蓋范圍完美結合的獨特優(yōu)勢，既能夠不依賴公網(wǎng)自行組建無線專網(wǎng)（無須考慮流量成本），也可與各類網(wǎng)絡融合使用互為補充，實現(xiàn)寬窄融合，公專結合，有線與無線互為補充，大大降低了網(wǎng)絡建設和運維成本。

參考文獻

[1] 董小泊.面向移動云見得全覆蓋無線自組網(wǎng)系統(tǒng)研究與應用[J].南方能源觀察，2022，5（10）：58.

[2] 施成林，吳紹安，柴亞偉，等.風力發(fā)電集電線路接點熱成像測溫系統(tǒng)研究與應用[J].信息技術時代，2023（15）：23.

作者簡介：孫" " 偉（1984-），男，漢族，甘肅定西人，工程師，本科，研究方向為工程管理。

張亞洲（1984-），男，漢族，陜西眉縣人，助理工程師，本科，研究方向為工程管理信息化。

王小渝（1987-），男，漢族，甘肅定西人，工程師，本科，研究方向為工程管理。