光伏电站分布监测硬件电路与通信系统优化设计

发布时间：2020-05-14 08:58

【摘要】：随着光伏产业的迅猛发展,在光伏电站建设分布式监测系统来实现组件级运行数据采集及故障点的精确定位是非常必要的。传统的光伏监测系统一般采用RS-485总线或无线传感网络的方式进行数据传输,但这些方案具有明显的不足。为了应对上述存在的问题,本文在传统的通信方案基础上,根据大型光伏电站的特点和需求,优化调整了部分通信系统架构,设计了一种以光伏组件之间直流单导线载波通信为基础,融合有ZigBee无线自组网以及光纤以太网的通信技术方案,使之适应性更强,应用更加灵活广泛。针对直流单导线载波通信,本文通过研究光伏组件及组件串列的阻抗-频率特性,确定了可用的载波频段,选择了合理的载波信号耦合方式,并根据对逆变器产生噪声信号的分析,设计了一种具有隔离功能的X型滤波器,对载波传输信道的噪声进行抑制。除此之外,本文还对系统中组件监测模块的硬件电路及相应的软件程序重新进行了设计,使其电源模块可以工作在更宽的输入电压范围,组件运行数据测量误差更小,采用更加合理的载波调制方式来降低波形失真度,设计增益-频率特性及滤波性能更优异的载波接收电路以减小误码率,另外还改进了软件程序结构,使其运行更加稳定。本文设计的光伏电站分布式监测系统已在青海省一座并网光伏电站内进行了安装测试,并成功实现连续稳定运行。研制的组件监测硬件设备也通过了中国电科院的检测,各项性能指标达到预期要求。结果表明,该监测系统设计合理,功能完善,具备良好的推广应用价值。
【图文】：

２．１光伏发电系统的组成结构逡逑光伏发电系统一般分为独立运行和并网运行两种类型，对于大型并网光伏电逡逑站，其系统组成结构如图２－１所示。其主要组成部分包括：光伏阵列、汇流箱、逡逑直流配电柜、控制器、逆变器、储能装置、变压器等［１２］。逡逑ｒｒｒｒ？逡逑＿—邋ｆ逦｜￣逡逑哰嵩逡逑电逦变压器逡逑：逦流￣￣＾柜充电｜邋丫放电逡逑＿—Ｌ＾Ｊ逦￣邋｜储能－置逡逑图２－１并网光伏发电系统组成结构逡逑１）

文献［１８］中提出了一种融合有直流载波通信、４３３ＭＨｚ无线通信、ＺｉｇＢｅｅ逡逑无线自组织网通信和光纤以太网三种不同传输媒介、四种通信技术的监测的方逡逑案。其总体融合通信体系架构如图２－２所示。逡逑监控管理中心逡逑！直流柜模块逡逑无线自纟逡逑汇流箱模块逡逑无线通悐逡逑Ｉ逦个逡逑１号主机组件监测模块逡逑ｙ逦逦逦邋—逡逑导线载逡逑逦逦逦逡逑从机组件监测模块逡逑＾个逦个ｉ逡逑被测光伏组件逡逑图２－２光伏电站分布式监测系统通信体系架构逡逑该方案的特点在于将不同种类的有线及无线通信方式的优势结合起来，使逡逑得监测系统经济高效，但其在实际应用中仍存在一些不足。经现场安装测试发逡逑现，由于系统通信层级较多，使得整体架构较为复杂，特别是在４３３ＭＨｚ无线逡逑与ＺｉｇＢｅｅ无线自组网之间，需要进行通信协议转换，并且在光照变化引起光伏逡逑组件输出电压波动较大时，由于４３３ＭＨｚ无线模块需从组件上取电，导致其工逡逑作状态不稳定，使得该环节通信可靠性降低。另外４３３ＭＨｚ无线模块的取电方逡逑式，，使组件监测模块整体功耗增加，也令汇流箱模块的安装位置受限。而大型逡逑光伏电站所处位置的地形较为复杂
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM615;TN913.6

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