李小秋

（深圳市康必達(dá)控制技術(shù)有限公司，廣東深圳518055）

0 引言

在國家的大力倡導(dǎo)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(nóng)業(yè)大棚等，而且低壓并網(wǎng)安全又可靠，由此看來，分布式光伏發(fā)電的發(fā)展是大勢所趨。正是在這種趨勢的引導(dǎo)下，很多從事電氣行業(yè)的電氣公司開始紛紛將重心轉(zhuǎn)移到分布式能源上來，大量的分布式能源建成投產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源的高效監(jiān)控，滿足電力接入電網(wǎng)的要求，需對(duì)分布式能源的合理調(diào)配、集中監(jiān)控、電網(wǎng)分析、配網(wǎng)自動(dòng)化及日常維護(hù)等進(jìn)行統(tǒng)一管理。然而，當(dāng)前的分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)主要采用硬連線的組網(wǎng)方式進(jìn)行監(jiān)控，而硬連線的組網(wǎng)方式存在著需挖溝走槽、布線復(fù)雜、通信不可靠、時(shí)鐘不同步等問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文的主要目的在于提供一種分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)存在的需挖溝走槽、布線復(fù)雜、通信不可靠、時(shí)鐘不同步等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本文提供了一種分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、通信管理機(jī)、匯流箱及逆變器等設(shè)備。監(jiān)控中心用于通過下行目標(biāo)信道將數(shù)據(jù)請(qǐng)求無線發(fā)送至通信管理機(jī)；通信管理機(jī)用于接收所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并通過上行目標(biāo)信道將與所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)無線反饋至監(jiān)控中心，其中，運(yùn)行數(shù)據(jù)為通信管理機(jī)采集并保存設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心用于通過上行目標(biāo)信道接收所述運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)所述運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)和分布式子網(wǎng)組成，如圖1所示，通過對(duì)中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)ZigBee數(shù)據(jù)包和分布式子網(wǎng)ZigBee數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到信號(hào)強(qiáng)度指示值，判斷所述信號(hào)強(qiáng)度指示值是否滿足預(yù)設(shè)的信道要求，若滿足所述信道要求，則對(duì)所述信號(hào)強(qiáng)度指示值進(jìn)行離散率分析，得到離散率值。根據(jù)所述離散率值確定所述下行目標(biāo)信道及所述上行目標(biāo)信道。

圖1 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控中心還用于通過所述下行目標(biāo)信道發(fā)送時(shí)鐘同步命令至與所述下行目標(biāo)信道對(duì)應(yīng)的通信管理機(jī)。通信管理機(jī)基于所述時(shí)鐘同步命令進(jìn)行時(shí)鐘修正，并通過所述上行目標(biāo)信道將修正后的時(shí)鐘返回至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心與通信管理機(jī)采用冗余數(shù)據(jù)補(bǔ)抄標(biāo)識(shí)，確保數(shù)據(jù)的安全與完整性。

2 系統(tǒng)通信實(shí)施

在本文實(shí)施例中分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)中包括一個(gè)監(jiān)控中心、若干通信管理機(jī)及若干設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)與通信管理機(jī)之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ婪Q之為信道，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)中可以存在多條信道。其中，下行目標(biāo)信道表示信息傳輸方向由監(jiān)控系統(tǒng)至通信管理機(jī)，且網(wǎng)絡(luò)良好、信道噪聲小、傳輸誤碼率小的信道。通信管理機(jī)用于接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并通過上行目標(biāo)信道將與數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)無線反饋至監(jiān)控中心，其中運(yùn)行數(shù)據(jù)為通信管理機(jī)采集并保存的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

在本文實(shí)施例中，上行目標(biāo)信道及下行目標(biāo)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(biāo)信道及下行目標(biāo)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(shí)施例中，每一臺(tái)通信管理機(jī)通過串口線實(shí)時(shí)獲取與自身連接的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將獲取到的運(yùn)行數(shù)據(jù)保存在該通信管理機(jī)內(nèi)，通信管理機(jī)在接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，通過上行目標(biāo)信道將與該數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)無線反饋至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心通過上行目標(biāo)信道接收運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

監(jiān)控中心還通過下行目標(biāo)信道將數(shù)據(jù)請(qǐng)求無線發(fā)送至通信管理機(jī)，通信管理機(jī)用于接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并通過上行目標(biāo)信道將與數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)無線反饋至監(jiān)控中心。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文實(shí)施例中監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)通信的可靠性，大大降低了項(xiàng)目的投資成本。

在分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，每一個(gè)信道中的ZigBee數(shù)據(jù)包的獲取過程都是相同的，針對(duì)某一信道，預(yù)先設(shè)置時(shí)間段，并將該時(shí)間段分成n個(gè)采集周期，在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，每隔一個(gè)采集周期從信道中的中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)的ZigBee設(shè)備上采集到1個(gè)ZigBee數(shù)據(jù)包，可以采集n個(gè)ZigBee數(shù)據(jù)包。若一個(gè)信道中的分布式子網(wǎng)由k個(gè)ZigBee設(shè)備構(gòu)成，在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，每隔一個(gè)采集周期從信道中的分布式子網(wǎng)中的k個(gè)ZigBee設(shè)備上采集到k個(gè)ZigBee數(shù)據(jù)包，一共可以采集k×n個(gè)ZigBee數(shù)據(jù)包。通過對(duì)中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)的ZigBee數(shù)據(jù)包和分布式子網(wǎng)ZigBee數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，可以得到不同的信號(hào)強(qiáng)度指示值。然后對(duì)信號(hào)強(qiáng)度指示值進(jìn)行離散率分析，根據(jù)得到離散率值就可以判斷，滿足預(yù)設(shè)的信道要求表示該信道所處的網(wǎng)絡(luò)性能良好，信道噪聲比小；不滿足預(yù)設(shè)的信道要求表示該信道所處的網(wǎng)絡(luò)性能較差，信道噪聲比大。針對(duì)不滿足預(yù)設(shè)的信道要求的，可以通過調(diào)整ZigBee設(shè)備的位置，頻段的匹配調(diào)整或增加中繼，來提高系統(tǒng)的通信效果及通信的可靠性。

3 系統(tǒng)時(shí)鐘同步實(shí)施

由于中心節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)與分布式子網(wǎng)之前是無線傳輸?shù)?，所以監(jiān)控中心和通信管理機(jī)之間信息傳輸會(huì)存在延遲，并且串口線之間進(jìn)行信息傳輸也需要傳輸時(shí)間。例如，在某一時(shí)刻，監(jiān)控中心獲取當(dāng)?shù)貢r(shí)間為T，監(jiān)控中心進(jìn)行信息打包處理時(shí)間為ΔT1，監(jiān)控中心將打包處理后的信息傳輸給通信管理機(jī)的時(shí)間為ΔTc，通信管理機(jī)接收到打包處理后的信息后進(jìn)行解包處理，解包處理時(shí)間為ΔT2，通信管理機(jī)如果將T作為當(dāng)前最新時(shí)間修正本地時(shí)鐘，則這次修正是不正確的，因?yàn)橥ㄐ殴芾頇C(jī)修改本地時(shí)鐘的那一時(shí)刻，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間應(yīng)該是T+ΔT1+ΔTc+ΔT2，因此，若監(jiān)控中心在T時(shí)刻，將T+ΔT1+ΔTc+ΔT2作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間發(fā)送至通信管理機(jī)，時(shí)鐘修正才是精準(zhǔn)的。

其中，ΔT1+ΔTc+ΔT2的確定方法是通過測延遲報(bào)文來實(shí)現(xiàn)，測延遲報(bào)文通常是在初始化時(shí)和通信鏈接中斷后又恢復(fù)時(shí)進(jìn)行的，測延遲報(bào)文的具體流程為：在T+ΔT1+ΔTc+ΔT2時(shí)刻，通信管理機(jī)收到時(shí)鐘同步命令后，通信管理機(jī)同時(shí)發(fā)送確認(rèn)命令，確認(rèn)命令的長度必須與收到的時(shí)鐘同步命令的長度相同，假設(shè)打包處理時(shí)間ΔT1與解包處理時(shí)間ΔT2相同，又經(jīng)過ΔT1+ΔTc+ΔT2的時(shí)間，監(jiān)控中心收到確認(rèn)命令，將監(jiān)控中心收到確認(rèn)命令的時(shí)間記為T2，T2=T+（ΔT1+ΔTc+ΔT2）+（ΔT1+ΔTc+ΔT2），因此，對(duì)時(shí)延遲時(shí)間Tdelay=ΔT1+ΔTc+ΔT2=（T2-T）/2，時(shí)鐘源在以后的時(shí)鐘同步的過程中，就可以對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行修正，在T時(shí)刻，監(jiān)控中心發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=T+Tdelay至通信管理機(jī)，通信管理機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=T+Tdelay作為當(dāng)前最新時(shí)間修正本地時(shí)鐘，獲得比較精確的時(shí)間。

4 結(jié)語

本文所提供的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于屋頂分布式光伏發(fā)電、漁光互補(bǔ)發(fā)電、農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電等多種場景，運(yùn)行穩(wěn)定，通信可靠，大大節(jié)省了項(xiàng)目的投資成本，用戶反應(yīng)良好。