150、基于现场总线的大型光伏电站监控系统设计new

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1、基于现场总线的大型光伏电站监控系统设计姚虹春（国网电力科学研究院清洁能源发电研究所，南京市210003）摘要：本文针对大型光伏电站的发展现状，阐述了大型光伏电站对监控系统的需求和LonWorks现场总线的技术特点，提出了基于现场总线的大型光伏电站监控系统设计思想及其实现技术。整套系统具有功能全面、组网灵活、稳定可靠的特点，能够有效提高大型光伏电站的运行维护效率。关键词：现场总线，LonWorks，光伏电站，监控系统1引言目前，世界范围内的太阳能光伏发电产业发展迅速，近10年全球太阳能光伏产业年均增长41.3%，近5年为49.5%，而中国已经为世界上最大的

2、太阳能光伏电池组件的生产国，约占世界总产量的40%以上。2009年3月，财政部发布并实施“太阳能屋顶计划”，支持开展光电建筑应用示范，通过20元/Wp定额补助，推广城市光电建筑一体化利用、农村及偏远地区建筑光电利用。2009年7月，财政部等三部门又共同推出“金太阳工程”，计划在三年内投入30亿资金，补助不低于500MW的光伏发电项目，单个项目将得到相当于其建设费用50%~70%的补助。在这一系列支持政策的刺激下，我国已投入运行、在建及规划中的太阳能光伏电站数量和规模正在逐年大幅攀升。根据并网电压等级和装机容量的不同，光伏电站可以分为小型、中型和大型；根据

3、建设形式的不同，光伏电站又可分为离网型、用户侧并网型及大型并网型。目前，在我国已建成或在建的光伏电站中，大型并网光伏电站占据了很大比例，这是在太阳能资源发达地区的主要建设形式。大型光伏电站必须配备自动运行、功能完善的监控系统。这种监控系统不同于传统发电厂监控系统或变电站综合自动化系统，相对来说，大型光伏电站内设备种类不及传统电厂丰富，生产控制流程也不太复杂。但其典型特点是装机容量大（10MW以上）、占地面积广（150亩以上），且地理位置偏僻、维护人员很少，这就要求生产运行、设备监控、环境监测、安保技防等各环节集中统一起来，且能够适应其位置分散、配置灵活的

4、特点。基于现场总线设计的大型光伏电站监控系统可以满足这些要求。1LonWorks现场总线的技术特点LonWorks技术是目前控制领域的主流现场总线技术之一，其采用的LonTalk协议遵循ISO/OSI参考模型，实现了OSI所定义的全部7层协议，这是目前唯一提供全部7层协议的现场总线。LonWorks总线技术的核心是神经元芯片（NeuronChip），LonTalk协议被完整的内置在神经元芯片中。这样，只要在设备中嵌入神经元芯片和合适的软硬件接口，设备就能够被安装到LonWorks控制网络中。神经元芯片内包括3个8位CPU，以并行方式工作：第一个CPU为介

5、质访问控制器，处理LonTalk协议的第一、第二层；第二个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的第三到第六层；第三个CPU为应用处理器，执行用户代码以及用户调用的操作系统服务。当被应用于大型光伏电站监控时，LonWorks总线技术具有显著的优势，主要体现在：（1）可选用双绞线、电力线、光纤等多种物理介质，并且已经有整合了神经元芯片与物理层的智能收发器芯片。智能收发器目前包括双绞线和电力线两种物理层，其中双绞线物理层电气性能达到2km/78kbps；电力线物理层能够耦合到供电线上，灵敏度可达-80dB，并在两个波段上分别提供3.6kbps和5.4kb

6、ps的通信速率。（2）基于LonWorks的设备可以采用分布式的对等通信方式，构成分布式控制系统。网络中的每一个设备都能够在不依赖其他设备的情况下独立的接收、发送和处理网络信息。这意味着每个LonWorks设备都能够自主进行决策和信息处理，而不依赖于中央处理器，任意节点的故障也不会造成系统瘫痪。（3）网络拓扑结构灵活多变。可以使用总线形、星型、环形等多种网络拓扑结构，从而大大降低了建设与维护的工作量。（4）LonWorks网络节点之间使用逻辑连接，很容易添加和删除节点，便于系统调整和扩充。（5）LonTalk协议可以根据不用的应用环境而灵活配置，该协议严

7、格按照OSI七层模型设计，并且完全开放。1监控系统的基本结构大型光伏电站监控系统由监控中心、光纤环网、监控子网、通信单元、测控终端、安保技防单元等部分组成，系统整体拓扑结构如图1所示。图1.监控系统拓扑结构监控中心是整个监控系统的核心。监控中心通过通信系统与各现场系统进行信息交互，完成运行监测、命令下达、数据分析、状态显示、统计分析等功能，并接受调度指令，进行光伏电站的有功/无功功率控制。光纤环网是监控系统的骨干通信网，物理介质采用100M或1000M单模光纤，通信协议为TCP/IP协议，具有速度快、实时性好、可靠性高的优点，可配置为单环网或双环网形式，

8、监控中心和各现场系统通过工业以太网交换机接入光纤环网。监控子网是指由各种测控终端