中圖分類(lèi)號(hào)：TM73；TP3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）05-0056-03

Abstract：The secondary integration terminal equipment （SITD） for distributed new energy grid connection is a technical solution proposed in recent years to meet the demand of distributed energy （such as solar energy， wind energy，etc.）accessto power systems in the context of the development of energy Internet and smart grid.The background of research on secondary fusion terminal devices is multifaceted，coveringchallnges at multiple levels such as energy structure transformation， intelligent upgrading of power systems，integration and fusionrequirements of technology，safetyand reliability. Withtherising proportion ofnew energy power generation，secondary integration terminal equipment willbecome one of the key technologies to realize smart grid and energy internet， providing support for the realization of green，low-carbonand efficient power system.

Keywords： distributed new energygrid connection; secondary fusion terminal equipment; intelligentcollection

1 面向分布式新能源并網(wǎng)的二次融合終端設(shè)備研究背景

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)并未充分考慮大量分布式電源接入的情況，因此需要新的設(shè)備和技術(shù)來(lái)支持分布式能源的高效、安全并網(wǎng)。智能電網(wǎng)（SmartGrid）的發(fā)展是解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)復(fù)雜性、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可持續(xù)性的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化管理，特別是對(duì)分布式能源、負(fù)荷需求側(cè)、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)節(jié)。而二次融合終端設(shè)備作為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，發(fā)揮著重要作用。這些設(shè)備能夠提供分布式能源并網(wǎng)所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、通信和控制功能。二次融合終端設(shè)備通常集成了自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)采集與處理、通信等多項(xiàng)功能，有助于提升電力系統(tǒng)的自愈能力、負(fù)荷響應(yīng)能力、電力調(diào)度的精確性。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)備通常由多種不同的二次設(shè)備（如保護(hù)裝置、控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)儀器等）組成，它們分別獨(dú)立工作、互不關(guān)聯(lián)。而分布式能源的并網(wǎng)和調(diào)度要求不同設(shè)備之間必須有更高的融合性與協(xié)同作用，隨著分布式能源并網(wǎng)進(jìn)程的推進(jìn)，電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理與傳輸提出了更高要求，傳統(tǒng)的電力設(shè)備需要升級(jí)以支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和高效的通信能力。二次融合終端設(shè)備的研究正是圍繞這一需求展開(kāi)，要求其具備高帶寬、低延遲、可靠的通信系統(tǒng)，以便在海量數(shù)據(jù)中迅速提取關(guān)鍵信息，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定與高效運(yùn)行[1]。

2 面向分布式新能源并網(wǎng)的二次融合終端設(shè)備

2.1融合終端關(guān)鍵點(diǎn)

2.1.1多功能集成與智能化設(shè)計(jì)

二次融合終端集成了多個(gè)關(guān)鍵功能模塊，保護(hù)與測(cè)控功能包括對(duì)逆變器和配電系統(tǒng)的保護(hù)，確保系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)能夠迅速響應(yīng)并自動(dòng)切斷問(wèn)題環(huán)節(jié)，防止故障擴(kuò)展。同時(shí)，終端可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，幫助運(yùn)營(yíng)商及時(shí)識(shí)別設(shè)備問(wèn)題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，如果出現(xiàn)電網(wǎng)故障，光伏系統(tǒng)可能會(huì)與電網(wǎng)斷開(kāi)連接，形成孤島現(xiàn)象，影響電網(wǎng)安全。二次融合終端能夠有效防止這種孤島現(xiàn)象，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性，集成了規(guī)約轉(zhuǎn)換和遠(yuǎn)動(dòng)通信功能，可以與不同品牌的設(shè)備互聯(lián)互通，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，其還能保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中也能得到保護(hù)，防止外部攻擊或信息泄露。

2.1.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與精準(zhǔn)控制

二次融合終端可接入各類(lèi)中低壓智能設(shè)備，如逆變器、分布式光伏開(kāi)關(guān)、智能電表、傳感器等，支持多維度、高密度、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，準(zhǔn)確反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)電輸出情況，通過(guò)與逆變器的協(xié)作，精準(zhǔn)調(diào)控發(fā)電輸出，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。其可通過(guò)與分布式光伏開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)操作，提升運(yùn)維效率。

2.1.3通信與控制功能的融合

二次融合終端充分利用了現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種通信與控制功能的融合。其支持4G/5G通信方式，能夠快速、穩(wěn)定地將設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)上傳至主站或運(yùn)維平臺(tái)，支持遠(yuǎn)程控制與指令反饋。數(shù)據(jù)上傳過(guò)程采用加密技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)的安全性，防止信息泄露或被篡改。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電功率或電壓，確保系統(tǒng)能夠自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的需求，提高并網(wǎng)電站的智能化水平。支持遠(yuǎn)程控制命令下發(fā)，如調(diào)整發(fā)電功率、控制逆變器啟停等，方便調(diào)度人員遠(yuǎn)程對(duì)分布式光伏電站進(jìn)行管理。

2.1.4開(kāi)放平臺(tái)與擴(kuò)展能力

二次融合終端具備良好的擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到未來(lái)可能的技術(shù)升級(jí)和功能擴(kuò)展，提供了開(kāi)放的接口。通過(guò)這些接口，可以靈活接入更多的設(shè)備或功能模塊，支持后期的技術(shù)演進(jìn)和需求變化，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期有效性與穩(wěn)定性。該終端能夠適應(yīng)不同電壓等級(jí)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)需求，低壓 220V/380V 終端適用于小規(guī)模的分布式光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)；中壓10kV 終端適用于中型規(guī)模的分布式光伏電站；高壓35kV 終端適用于大規(guī)模光伏電站或整縣光伏接入電網(wǎng)的場(chǎng)景[2]。

該終端能夠連接到調(diào)度中心、電力信息采集主站或運(yùn)維平臺(tái)，支持電力數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程控制、功率調(diào)節(jié)等功能，滿足各類(lèi)分布式光伏電站的并網(wǎng)控制需求。

2.2二次融合終端設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

2.2.1系統(tǒng)架構(gòu)

在二次融合終端設(shè)備硬件的系統(tǒng)架構(gòu)中的通信模塊用于和新能源發(fā)電設(shè)備、電網(wǎng)以及其他監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，確保信息的實(shí)時(shí)傳輸。通信協(xié)議包括

Modbus、CAN、Ethernet等；控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)新能源發(fā)電設(shè)備的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保功率的穩(wěn)定輸出，以及處理來(lái)自電網(wǎng)的指令和反饋；采集模塊包括電流、電壓、功率等傳感器的采集電路，用于獲取系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)；電源管理模塊保證終端設(shè)備能夠在不同電壓和電流條件下穩(wěn)定工作，同時(shí)具備電池備份等應(yīng)急措施；處理模塊通常采用嵌入式處理器或FPGA，處理來(lái)自傳感器和通信模塊的數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算與控制；顯示模塊用于顯示設(shè)備的工作狀態(tài)、警告信息等，通常采用LCD或LED顯示屏。

2.2.2硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于分布式新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的電源環(huán)境多變，因此，電源管理模塊需要保證設(shè)備在不同負(fù)載情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)具備低功耗設(shè)計(jì)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需求。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮防電壓浪涌、防電流過(guò)載等問(wèn)題。為了保證高效、精確地采集數(shù)據(jù)，需要設(shè)計(jì)多個(gè)高精度電流、電壓、功率傳感器接口，并能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳和實(shí)時(shí)監(jiān)控。硬件部分要支持模塊化設(shè)計(jì)，便于未來(lái)設(shè)備的升級(jí)和維護(hù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口，可以實(shí)現(xiàn)與其他新能源設(shè)備或電網(wǎng)設(shè)備的兼容。在分布式新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備往往面臨較強(qiáng)的電磁干擾，因此硬件設(shè)計(jì)需要具備較強(qiáng)的抗干擾能力，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少噪聲源，并通過(guò)濾波、屏蔽等措施降低干擾。由于新能源設(shè)備通常部署在室外環(huán)境中，設(shè)備需要具備較強(qiáng)的耐溫、耐濕性能。外殼材料需具有防水、防塵特性，滿足IP65及以上標(biāo)準(zhǔn)。硬件設(shè)計(jì)需要考慮電網(wǎng)的復(fù)雜性，包括頻率、電壓波動(dòng)以及電網(wǎng)故障的應(yīng)對(duì)能力。設(shè)備需要具備過(guò)壓、欠壓、頻率波動(dòng)等保護(hù)功能。

2.2.3核心硬件選型

嵌入式處理器或者ARM架構(gòu)的處理器可以作為控制和數(shù)據(jù)處理的核心硬件，處理實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制指令。如果需要進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理，DSP可以用于功率計(jì)算、濾波等。ADC/DAC可用于模擬信號(hào)的數(shù)字化采集（如電壓、電流傳感器的輸出）和反向處理。可選的通信模塊包括無(wú)線通信（如Wi-Fi、4G/5G）、有線通信（如Ethernet）以及專用協(xié)議（如ModbusRTU/TCP，CAN）模塊。如果設(shè)備需要高性能的并行處理，F(xiàn)PGA可用于實(shí)現(xiàn)高速控制算法和處理復(fù)雜的運(yùn)算任務(wù)[3]。

2.3軟件設(shè)計(jì)

2.3.1保護(hù)主程序設(shè)計(jì)

保護(hù)主程序會(huì)在每個(gè)采樣周期內(nèi)采集系統(tǒng)的模擬量和開(kāi)關(guān)量。這些數(shù)據(jù)來(lái)自外部傳感器、儀表和設(shè)備，通常包括電流、電壓、頻率、溫度等物理量。模擬量數(shù)據(jù)是指可以變化的連續(xù)信號(hào)，而開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)則是離散的開(kāi)/關(guān)信號(hào)。比如設(shè)備狀態(tài)（開(kāi)/關(guān)）、故障報(bào)警（是/否）等。

2.3.2裝置硬件自檢與外部異常檢查

在程序執(zhí)行之前，保護(hù)主程序需要進(jìn)行裝置的硬件自檢，這是為了確保設(shè)備本身的工作狀態(tài)正常，包括檢查硬件的功能、通信鏈路等。同時(shí)，對(duì)外部異常情況也需要進(jìn)行檢查，這可能包括外部環(huán)境變化、通信異常、設(shè)備配置錯(cuò)誤等。如果在這個(gè)階段發(fā)現(xiàn)硬件自檢失敗或外部異常，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出裝置閉鎖信號(hào)，保護(hù)主程序會(huì)退出并關(guān)閉裝置，這是為了防止故障發(fā)生前繼續(xù)運(yùn)行可能帶來(lái)的危害。

2.3.3判斷進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)算程序

根據(jù)自檢和外部檢查的結(jié)果，系統(tǒng)判斷是否進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)算程序。如果設(shè)備狀態(tài)正常，保護(hù)程序進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，繼續(xù)監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)。在正常運(yùn)行中，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，確保設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)在預(yù)定范圍內(nèi)。如果出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)判斷是否需要采取保護(hù)措施。對(duì)采集的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以去除噪聲、進(jìn)行濾波、歸一化等操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如果在檢查過(guò)程中檢測(cè)到異常情況，系統(tǒng)將進(jìn)入故障計(jì)算模式，進(jìn)行保護(hù)算法的計(jì)算和故障判斷。根據(jù)設(shè)定系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用各種保護(hù)算法，如過(guò)載保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)等。算法會(huì)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷是否存在故障。

2.3.4程序退出與閉鎖處理

如果在任何階段檢測(cè)到硬件自檢錯(cuò)誤或異常情況，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)退出保護(hù)程序并發(fā)送裝置閉鎖信號(hào)，關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，以避免設(shè)備損壞或事故發(fā)生。退出機(jī)制和閉鎖信號(hào)的生成是確保系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵部分，它能在硬件或軟件出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)切斷電源、停用設(shè)備，避免進(jìn)一步的故障蔓延。

2.4通信機(jī)制

2.4.1二次融合終端的功能

二次融合終端是一種集成多種功能的設(shè)備，主要用于在光伏電站或類(lèi)似應(yīng)用中，起到通信、監(jiān)控和控制的作用。這些終端不僅負(fù)責(zé)處理傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的保護(hù)、故障解列、測(cè)控、反孤島、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，還具備更高層次的通信和信息安全功能。二次融合終端能夠轉(zhuǎn)換不同的通信規(guī)約，確保各類(lèi)設(shè)備之間能夠正常通信。

2.4.2通信橋梁作用

一方面，終端通過(guò)與運(yùn)行監(jiān)控主站或調(diào)度主站的通信，上傳關(guān)鍵的設(shè)備數(shù)據(jù)（如遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)、電度、電能質(zhì)量等），并接收主站發(fā)送的命令（如遙控、遙調(diào)命令）；另一方面，終端向下與光伏逆變器控制器等設(shè)備進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)發(fā)遙調(diào)和啟停命令，接收光伏逆變器控制器等設(shè)備上傳的遙信信號(hào)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4.3通信架構(gòu)

終端具備光纖以太環(huán)網(wǎng)功能，這意味著光伏電站內(nèi)部的設(shè)備可以通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)直接連接終端，形成以太環(huán)網(wǎng)。這種架構(gòu)既能夠提高通信的穩(wěn)定性和可靠性，又能夠減少光端機(jī)的使用，簡(jiǎn)化施工和維護(hù)。終端支持多種通信規(guī)約，支持如Modbus、DLT645、IEC60870-5-103等廣泛使用的工業(yè)自動(dòng)化和電力系統(tǒng)通信協(xié)議。與調(diào)度主站的通信協(xié)議主要包括IEC60870-5-101：2002、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104等，這些協(xié)議是電力系統(tǒng)常用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，確保了與調(diào)度主站的兼容性。靈活的協(xié)議支持使得該終端在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下都能順利接入并傳輸信息。

2.4.4通信接口

設(shè)備配備2至4個(gè)以太網(wǎng)接口，支持100M光纖環(huán)網(wǎng)，這為光伏電站內(nèi)的各個(gè)設(shè)備提供了高速的網(wǎng)絡(luò)連接。提供6個(gè)RS-485/RS-232串口，用于與其他設(shè)備（如光伏逆變器、電度表等）進(jìn)行串行通信，確保與較為傳統(tǒng)的設(shè)備也能兼容。內(nèi)置4G/5G通信接口，支持無(wú)線通信，尤其適用于那些不方便接入光纖的站點(diǎn)。通過(guò)無(wú)線方式，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程站點(diǎn)與主站之間的通信，減少了對(duì)傳統(tǒng)光纖線路的依賴，提供了更大的靈活性。

3 結(jié)束語(yǔ)

二次融合終端通過(guò)集成多項(xiàng)關(guān)鍵功能，極大地提高了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化和安全性。它不僅能夠進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)采集和精準(zhǔn)的發(fā)電控制，還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理能力，支持4G/5G通信和加密數(shù)據(jù)傳輸，適應(yīng)不同電壓等級(jí)的并網(wǎng)需求。通過(guò)應(yīng)用這種智能終端，使分布式光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)問(wèn)題得到了有效解決，為實(shí)現(xiàn)更廣泛的新能源發(fā)電提供了可靠的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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