光伏发电系统设计与实现

      在2019年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，大型地面光伏电站具有设备数量多、种类繁杂、组网复杂的特点，建立综合自动化系统难度较大。本文结合大型地面光伏电站组成结构与特点，分析了光伏综合自动化系统的功能需求，提出了一种基于分布式监控的设计与实现方案。

      该方案将综合自动化系统自下而上设计为子阵层、子阵环网层、间隔层、网络层与站控层，系统结构清晰，划分不同数据网，降低网络故障风险，有利于后期扩建，降低接入难度。分布式调节降低了AGC/AVC算法难度，提高了调节速度，缩短对电网调度调节指令的响应时间，有利于并网后电网系统的安全稳定运行。

1、子阵层与子阵环网层

      子阵层，在地理上对应着每个光伏子阵。在每个光伏子阵安装一台智能一体化装置，通过RS 485串口总线或者以太网与子阵内的逆变器、汇流箱等智能设备通信，实现对设备的实时监控。分散在光伏区的其他智能设备，如环境监测仪、旋转设备采集装置、电度表等，也接入附近光伏子阵的通信管理机。所有通信都是基于通信规约，常用的规约有Modbus、IEC 103、IEC 104、CDT、DLT 645等。

      相邻光伏子阵的智能一体化装置经过光纤环网一个接一个，最终连接到间隔层的环网交换机，形成子阵环网层。环网内智能一体化装置的数量可根据地理位置分布与交换机能力决定。智能一体化装置通过子阵环网，基于通信规约，将接入的智能设备的数据转发到间隔层发电分区的综合自动化设备，同时接收控制指令，转发给智能设备。对上转发的常用规约有IEC 103、IEC 104等。

2、间隔层

      根据光伏电站的实际建设周期与规模，可以将光伏发电区划分为多个发电分区，每个分区包含数10个光伏子阵，设置分区远动机、分区监控后台与分区AGC/AVC服务器。发电分区的综合自动化设备与升压站的二次设备，构成间隔层。

      同一发电分区内的智能一体化装置组成环网，接入本分区环网交换机，不同发电分区间的网络相互隔离，如此分布式监控与管理，可有效解决大型地面光伏电站设备多、数据量大、组网复杂的问题，并且有利于后期扩建工程的接入。

      分区监控后台用于监控本发电分区内的智能设备，展示各设备详细数据；分区远动机将本发电分区内智能设备的数据有选择性的转发给站控层，供站控层的应用使用；分区AGC/AVC子服务器接收站控层AGC/AVC主服务器的调节指令，经一定算法后调节本发电分区内逆变器的有功与无功输出。

3、网络层

      间隔层的设备经过网络层与站控层交互，根据不同的应用功能，网络层划分为了4个数据网，分别是光伏区信息数据网、AGC/AVC数据网、监控数据网、功率预测数据网。

      间隔层的分区远动机经光伏区信息数据网将光伏发电区设备的数据选择性地送给主监控后台和功率预测服务器；间隔层的分区AGC/AVC服务器经过AGC/AVC数据网与主AGC/ AVC服务器通信；调度监控相关设备与升压站二次设备在监控数据网内通信；功率预测相关设备在功率预测数据网内通信。

      各数据网间相互隔离，无直接数据交互，既可保障数据网的安全，又方便网络故障的排查。

4、站控层

      站控层根据实时监控、调度转发、AGC/AVC服务和功率预测服务四大功能部署，包含主监控后台、工程师站、远动机、主AGC/AVC服务器、光功率预测服务器、光功率预测工作站、天气预报服务器。

      主监控后台展示升压站二次设备信息以及由各分区远动机转发的光伏发电区重要信息；工程师站用于维护主监控后台与主AGC/AVC服务器；远动机作为全站惟一出口与电网调度主站通信，转发升压站二次设备数据，同时接收电网调度主站的功率调节指令，光伏区数据通常不需要送给电网调度主站；主AGC/AVC服务器调节全站的有功与无功输出，满足电网调度要求；光功率预测服务器从发电分区获取逆变器输出功率与环境监测仪数据，对光伏站进行功率预测，并与光功率预测主站交互数据；光功率预测工作站用于维护光功率预测服务器；天气预报服务器经反向隔离装置接入公网，获取天气预报信息，处理后提供给光功率预测服务器。