分布式光伏電站電能信息實時采集實現(xiàn)方法

仲春林　彭棟　王健

摘 要 本文研究了分布式光伏電站電能信息實時采集實現(xiàn)方法，提出了采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和GPRS無線通訊網(wǎng)兩種組網(wǎng)方式將分布式光伏電站電能信息接入調(diào)度電量系統(tǒng)。解決了分布式光伏電站地理位置分散，組網(wǎng)困難的問題，相關(guān)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的推進(jìn)應(yīng)用，將提高供電公司對分布式光伏電站電能信息管理的效率，進(jìn)一步提升供電企業(yè)的社會形象。文章對電能信息接入要求、通訊組網(wǎng)方式、二次安全防護(hù)架構(gòu)設(shè)計做了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞 分布式；光伏電站；電能信息；實時采集

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0053-03

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，太陽能作為理想的可再生能源受到了許多國家的重視。中國作為新的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)動機，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的缺口增大，能源安全及能源在國民經(jīng)濟(jì)中的地位越顯突出[1，2]。

大力發(fā)展新能源和可再生能源是我國未來的能源發(fā)展戰(zhàn)略要求。為促進(jìn)我國可再生能源和新能源技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家鼓勵和支持可再生能源并網(wǎng)發(fā)電。太陽能作為潔凈無污染的巨大能源，最大限度地開發(fā)利用太陽能電池用硅錠/硅片以及高效低成本太陽能電池組件及系統(tǒng)控制部件實現(xiàn)光伏發(fā)電、將是人類新能源利用方面的科技發(fā)展方向。

目前太陽能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場規(guī)模逐步擴大。國內(nèi)光伏市場呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢，目前中國已經(jīng)是國際光伏發(fā)電應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)基地，光伏市場潛力巨大。2010年以前中國太陽電池多數(shù)是用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從2011年到2020年，中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)[3，4]。

分布式光伏電站通常利用城市和農(nóng)村的建筑物安裝光伏設(shè)備進(jìn)行發(fā)電并就近并入供電網(wǎng)絡(luò)，隨著分布式并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)進(jìn)度加快，發(fā)電容量占傳統(tǒng)方式比重越來越大，調(diào)度自動化及電能量管理相關(guān)系統(tǒng)對電站的電能信息采集范圍與實時性要求也相應(yīng)的提高了。

1 調(diào)度電能信息采集要求

1.1 采集數(shù)據(jù)源

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要是光伏電站上網(wǎng)點與并網(wǎng)點的關(guān)口、各類開關(guān)、母線上的電能表計。電能表計能夠為系統(tǒng)提供各種電能信息數(shù)據(jù)，為整個系統(tǒng)功能提供了完善的數(shù)據(jù)源。

1.2 采集數(shù)據(jù)項

1）光伏發(fā)電站接入公共電網(wǎng)線路的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。

2）升壓站主變各側(cè)的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。

3）匯集線路的有功功率、無功功率、電壓、電壓相角、電流、電流相角。

4）升壓站主變高、低壓側(cè)各段母線的電壓、電壓相角、頻率。

5）光伏發(fā)電站并網(wǎng)線路正向有功、反向有功、正向無功、反向無功電量值、分費率示數(shù)。

6）各電能表的事件記錄。

1.3 采集數(shù)據(jù)頻度

2 通訊組網(wǎng)實現(xiàn)

2.1 電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)

具備相應(yīng)條件的光伏電站可采用成熟的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)信道進(jìn)行通訊。

在傳統(tǒng)接入方式中：電能表通過RS485方式與終端服務(wù)器或電能量遠(yuǎn)方終端連接，通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站通訊。接入方式見圖1[5]。

2.2 GPRS無線通訊網(wǎng)

大多數(shù)光伏電站由于地理位置比較分散，建設(shè)專用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)并不現(xiàn)實，針對此類電站可采用GPRS（General Packet Radio Service）無線通訊方式進(jìn)行組網(wǎng)。

GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接，是一項高速無線數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。通過GPRS方式組網(wǎng)通訊，數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，可實現(xiàn)對電力監(jiān)測設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控和分布式管理，GPRS網(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)無線通訊提供了簡單高效的傳輸手段，其主要優(yōu)點如下。

1）可隨意分布和移動入網(wǎng)點；無需擔(dān)心線路的維護(hù)或有線通訊方式在移機時導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的監(jiān)測點無需進(jìn)行拉線、埋線等工作。

2）采用透明傳輸方式，自動流控，能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

3）信號覆蓋較好，網(wǎng)絡(luò)接入速度快，通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠；提供與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接，接入速度僅幾秒鐘。

4）支持TCP/IP、UDP、X.25協(xié)議；較載波、230M無線、GSM短信息，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。

5）采用專線接入方式（VPN）；使用專有接入點（APN），組建虛擬專網(wǎng)，SIM卡只能在且虛擬專網(wǎng)與專屬光纖（部署到調(diào)度信息化機房）進(jìn)行通訊，安全性較高。

GPRS無線傳輸終端是基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、電力管理等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信組網(wǎng)需求。提供高速、永遠(yuǎn)在線的傳輸信道，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)虛擬專網(wǎng)，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

終端采用外置式，通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485 接口方式，為了保證無線通訊的安全性，串口通訊報文數(shù)據(jù)采用了以下兩種安全機制。

1）報文幀格式分析過慮：過濾一切非電能信息國標(biāo)規(guī)約幀格式數(shù)據(jù)。

2）加密處理：報文數(shù)據(jù)通過終端與主站的動態(tài)加密驗證算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密與解密處理。

4 網(wǎng)絡(luò)防護(hù)與數(shù)據(jù)安全

分布式光伏電站電能信息采集系統(tǒng)遵照《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》與《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求，滿足“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的總體原則，配置相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)備。

1）硬件防火墻。

2）GPRS無線通訊管理服務(wù)器。

3）邏輯強隔離裝置。

4）電力專用橫向物理隔離裝置。

GPRS無線組網(wǎng)方式，在總體安全防護(hù)在基礎(chǔ)上采用以下安全措施。endprint

1）GPRS無線終端通訊采用APN虛擬專網(wǎng)方式，建立專屬于電能信息采集的點對點專網(wǎng)。

2）GPRS無線終端與主站通訊采用加密算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的加密傳輸。

3）主站GPRS數(shù)據(jù)采集服務(wù)器建立于GPRS網(wǎng)絡(luò)專區(qū)。

4）對GPRS通訊管理服務(wù)器的通訊數(shù)據(jù)包做分析過濾處理，不滿足《IEC870-5-102》、《DL/T 645-1997》、《DL/T 645-2007》報文幀格式的一切數(shù)據(jù)包都進(jìn)行攔截并生成數(shù)據(jù)包分析日志。

5）GPRS采集的電能信息通過邏輯強隔離裝置進(jìn)入信息內(nèi)網(wǎng)。

5 結(jié)語及展望

光伏以其獨具的優(yōu)勢，對其開發(fā)利用必將得到長足的發(fā)展，逐步改變我國傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，對克服我國能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境及人體健康具有重大意義。

分布光伏并網(wǎng)電站因其特有的優(yōu)勢將在較長一段時間成為太陽能利用的重點方式。

本文提出了一種分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法，可以實現(xiàn)各類分布式光伏電站電能信息實時采集，具有如下特點。

1）滿足了分布式光伏電站電能信息采集實時性管理要求。

2）兩種組網(wǎng)方式滿足分布式光伏電站通訊信道的組網(wǎng)

要求。

3）電能信息采集數(shù)據(jù)安全滿足《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求。

分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法的提出，可以推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，加強對分布式光伏電站的監(jiān)控、監(jiān)督管理力度，保證了發(fā)電量數(shù)據(jù)的正確性，為供電公司和電站建立了良好的協(xié)作關(guān)系，適應(yīng)了現(xiàn)代化管理要求，經(jīng)濟(jì)、管理和安全效益顯著，進(jìn)一步提升供電企業(yè)的社會形象。

參考文獻(xiàn)

[1]趙芳.中國能源發(fā)展的契機與對策建議[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)探討，2009（11）：80-84.

[2]國家能源局將制定光伏產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)意見[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（20）：123-123.

[3]吳琦.分布式光伏發(fā)電：中國光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[J].中國電力教育，2013（36）：197-198.

[4]中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景預(yù)測[J].硅谷，2012（4）：7.

[5]DL/T 645-2007，多功能電能表通信協(xié)議[S].

[6]DL/T 645-1997，多功能電能表通信協(xié)議[S].

作者簡介

仲春林（1981-），男，江蘇泰州人，工程師，本科，長期從事采集通訊監(jiān)控相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)工作。

彭棟（1973-），男，江蘇無錫人，高級工程師，本科，長期從事調(diào)度自動化控制相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)與管理工作。

王?。?982-），男，江蘇如東人，工程師，本科，長期從事變電站自動化系統(tǒng)新設(shè)備、新技術(shù)的項目應(yīng)用和推廣工作。endprint

1）GPRS無線終端通訊采用APN虛擬專網(wǎng)方式，建立專屬于電能信息采集的點對點專網(wǎng)。

2）GPRS無線終端與主站通訊采用加密算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的加密傳輸。

3）主站GPRS數(shù)據(jù)采集服務(wù)器建立于GPRS網(wǎng)絡(luò)專區(qū)。

4）對GPRS通訊管理服務(wù)器的通訊數(shù)據(jù)包做分析過濾處理，不滿足《IEC870-5-102》、《DL/T 645-1997》、《DL/T 645-2007》報文幀格式的一切數(shù)據(jù)包都進(jìn)行攔截并生成數(shù)據(jù)包分析日志。

5）GPRS采集的電能信息通過邏輯強隔離裝置進(jìn)入信息內(nèi)網(wǎng)。

5 結(jié)語及展望

光伏以其獨具的優(yōu)勢，對其開發(fā)利用必將得到長足的發(fā)展，逐步改變我國傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，對克服我國能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境及人體健康具有重大意義。

分布光伏并網(wǎng)電站因其特有的優(yōu)勢將在較長一段時間成為太陽能利用的重點方式。

本文提出了一種分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法，可以實現(xiàn)各類分布式光伏電站電能信息實時采集，具有如下特點。

1）滿足了分布式光伏電站電能信息采集實時性管理要求。

2）兩種組網(wǎng)方式滿足分布式光伏電站通訊信道的組網(wǎng)

要求。

3）電能信息采集數(shù)據(jù)安全滿足《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求。

分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法的提出，可以推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，加強對分布式光伏電站的監(jiān)控、監(jiān)督管理力度，保證了發(fā)電量數(shù)據(jù)的正確性，為供電公司和電站建立了良好的協(xié)作關(guān)系，適應(yīng)了現(xiàn)代化管理要求，經(jīng)濟(jì)、管理和安全效益顯著，進(jìn)一步提升供電企業(yè)的社會形象。

參考文獻(xiàn)

[1]趙芳.中國能源發(fā)展的契機與對策建議[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)探討，2009（11）：80-84.

[2]國家能源局將制定光伏產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)意見[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（20）：123-123.

[3]吳琦.分布式光伏發(fā)電：中國光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[J].中國電力教育，2013（36）：197-198.

[4]中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景預(yù)測[J].硅谷，2012（4）：7.

[5]DL/T 645-2007，多功能電能表通信協(xié)議[S].

[6]DL/T 645-1997，多功能電能表通信協(xié)議[S].

作者簡介

仲春林（1981-），男，江蘇泰州人，工程師，本科，長期從事采集通訊監(jiān)控相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)工作。

彭棟（1973-），男，江蘇無錫人，高級工程師，本科，長期從事調(diào)度自動化控制相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)與管理工作。

王?。?982-），男，江蘇如東人，工程師，本科，長期從事變電站自動化系統(tǒng)新設(shè)備、新技術(shù)的項目應(yīng)用和推廣工作。endprint

1）GPRS無線終端通訊采用APN虛擬專網(wǎng)方式，建立專屬于電能信息采集的點對點專網(wǎng)。

2）GPRS無線終端與主站通訊采用加密算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的加密傳輸。

3）主站GPRS數(shù)據(jù)采集服務(wù)器建立于GPRS網(wǎng)絡(luò)專區(qū)。

4）對GPRS通訊管理服務(wù)器的通訊數(shù)據(jù)包做分析過濾處理，不滿足《IEC870-5-102》、《DL/T 645-1997》、《DL/T 645-2007》報文幀格式的一切數(shù)據(jù)包都進(jìn)行攔截并生成數(shù)據(jù)包分析日志。

5）GPRS采集的電能信息通過邏輯強隔離裝置進(jìn)入信息內(nèi)網(wǎng)。

5 結(jié)語及展望

光伏以其獨具的優(yōu)勢，對其開發(fā)利用必將得到長足的發(fā)展，逐步改變我國傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，對克服我國能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境及人體健康具有重大意義。

分布光伏并網(wǎng)電站因其特有的優(yōu)勢將在較長一段時間成為太陽能利用的重點方式。

本文提出了一種分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法，可以實現(xiàn)各類分布式光伏電站電能信息實時采集，具有如下特點。

1）滿足了分布式光伏電站電能信息采集實時性管理要求。

2）兩種組網(wǎng)方式滿足分布式光伏電站通訊信道的組網(wǎng)

要求。

3）電能信息采集數(shù)據(jù)安全滿足《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求。

分布式光伏電站電能信息實時采集的實現(xiàn)方法的提出，可以推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，加強對分布式光伏電站的監(jiān)控、監(jiān)督管理力度，保證了發(fā)電量數(shù)據(jù)的正確性，為供電公司和電站建立了良好的協(xié)作關(guān)系，適應(yīng)了現(xiàn)代化管理要求，經(jīng)濟(jì)、管理和安全效益顯著，進(jìn)一步提升供電企業(yè)的社會形象。

參考文獻(xiàn)

[1]趙芳.中國能源發(fā)展的契機與對策建議[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)探討，2009（11）：80-84.

[2]國家能源局將制定光伏產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)意見[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（20）：123-123.

[3]吳琦.分布式光伏發(fā)電：中國光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[J].中國電力教育，2013（36）：197-198.

[4]中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景預(yù)測[J].硅谷，2012（4）：7.

[5]DL/T 645-2007，多功能電能表通信協(xié)議[S].

[6]DL/T 645-1997，多功能電能表通信協(xié)議[S].

作者簡介

仲春林（1981-），男，江蘇泰州人，工程師，本科，長期從事采集通訊監(jiān)控相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)工作。

彭棟（1973-），男，江蘇無錫人，高級工程師，本科，長期從事調(diào)度自動化控制相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)與管理工作。

王健（1982-），男，江蘇如東人，工程師，本科，長期從事變電站自動化系統(tǒng)新設(shè)備、新技術(shù)的項目應(yīng)用和推廣工作。endprint