智能箱變測(cè)控裝置的研究

摘要：光伏行業(yè)發(fā)展迅速，但部分光伏電站存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，本文提出一種新的解決方案，將測(cè)控和通訊合二為一成為一種新型的測(cè)控裝置。文中，對(duì)測(cè)控裝置的組成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新性進(jìn)行了歸納和總結(jié)。通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行得到了用戶的肯定和認(rèn)可。

關(guān)鍵詞 ：太陽(yáng)能;智能箱變測(cè)控;通訊管理機(jī)

1.技術(shù)背景

太陽(yáng)能是未來(lái)最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國(guó)家正在把太陽(yáng)能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長(zhǎng)期規(guī)劃。近年來(lái)，太陽(yáng)能開發(fā)利用規(guī)?？焖贁U(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)加快，成本顯著降低，已成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域[1]。

我國(guó)76%的國(guó)土光照充沛，光能資源分布較為均勻;與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽(yáng)能發(fā)電沒有任何排放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠;除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應(yīng)用以外，太陽(yáng)能還可以通過抽水、超導(dǎo)、蓄電池、制氫等多種方式儲(chǔ)存， 太陽(yáng)能+蓄能 幾乎可以滿足中國(guó)未來(lái)穩(wěn)定的能源需求。此外，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝配幾乎不受地域限制，對(duì)地理?xiàng)l件的要求不高，從南到北，從東到西，只要有光照的地方，都可以裝配光伏發(fā)電系統(tǒng)[2]。

2.裝置概述

目前大部分光伏發(fā)電單元內(nèi)匯流箱、逆變器、箱變等設(shè)備先把信息送至通訊管理機(jī)，再由光纖收發(fā)器上傳到綜自系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)中各組成設(shè)備之間的連線如圖中虛線所示，由此可以看出整個(gè)系統(tǒng)的接線過于繁多，增加了故障率，同時(shí)也增加了投資成本，不利于以后系統(tǒng)故障的排查。我公司在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將通信管理機(jī)、光纖交換機(jī)和箱變測(cè)控保護(hù)功能融為一體，完成了信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)的傳輸;不僅簡(jiǎn)化了光伏發(fā)電單元的接線，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了光伏電站測(cè)控通信類設(shè)備投資成本。我公司研發(fā)的新一代智能箱變監(jiān)控裝置BHE-336T，可用于箱變的模擬量采集、非電量保護(hù)、遠(yuǎn)方控制和通訊功能。從而實(shí)現(xiàn)升壓站對(duì)光伏箱變的遠(yuǎn)程管理和自動(dòng)化監(jiān)控，滿足光伏電站的“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行管理方式。

3.裝置組成

為了適應(yīng)光伏電站惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，箱變監(jiān)控裝置的機(jī)箱采用加強(qiáng)型單元磨具機(jī)箱，后插拔的插件式結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝和更換。裝置由以下插件構(gòu)成：交流插件、CPU插件、開入插件，信號(hào)插件、通訊插件以及人機(jī)對(duì)話插件。

交流插件：插件上包括電流變換器和電壓變換器，用于將系統(tǒng)中電流互感器和電壓互感器的二次側(cè)電流、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，以便于CPU插件進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，同時(shí)也起到強(qiáng)弱電隔離作用。

CPU插件：整個(gè)裝置的核心部分，主要負(fù)責(zé)：數(shù)據(jù)采樣處理、保護(hù)的邏輯判斷、遙信信號(hào)的處理、遙控的開出、直流量的采集、與人機(jī)對(duì)話插件的通信。插件采用多層印制板和表面貼裝工藝，采取了多種抗干擾措施，大大提高了抗干擾性能。

開入插件：每塊開入插件可提供24路開入，用于光伏電站上信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

信號(hào)插件：此插件主要是將交流或直流220V電源轉(zhuǎn)變成裝置內(nèi)部需要的5V和24V電源，;同時(shí)，插件上還有6路遙控輸出，通過繼電器的出口可控制開關(guān)的分合。

通訊插件：提供8路RS485主站接口和2路光纖以太網(wǎng)接口。8路RS485可接入逆變器、智能匯流箱、1-6路視頻監(jiān)控等設(shè)備，每個(gè)RS485接口可接入設(shè)備32臺(tái)，傳輸速率300bps-115200bps可配置，傳輸距離可達(dá)1000米，可支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103/104、DMP500、Modbus、CDT、9702、私有協(xié)議（需提供規(guī)約文本）等多種規(guī)約。2路光纖以太網(wǎng)接口可組成自愈式光纖環(huán)網(wǎng)。光纖接口為單?；蚨嗄C型（可選ST、FC等），波長(zhǎng)為1310nm，傳輸距離可達(dá)50km，通信協(xié)議采用IEC60870-5-104，面向單個(gè)智能設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)Modbus到IEC60870-5-103的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換和傳輸，可方便接入目前主流的電站監(jiān)控系統(tǒng)。

人機(jī)對(duì)話插件：安裝于裝置面板上，是裝置與外界進(jìn)行信息交互的主要部件，采用大屏幕液晶顯示屏，全中文菜單方式顯示（操作），面板上包括液晶顯示器、信號(hào)指示燈、操作鍵盤等。

4.裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

我公司研發(fā)的箱變監(jiān)控裝置BHE-336T與以往的測(cè)控裝置相比，具有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新性：

（1）項(xiàng)目融合通信管理機(jī)、光纖交換機(jī)、和完善的測(cè)控保護(hù)功能于一體，可以降低光伏電站測(cè)控通信類設(shè)備三分之二的投資成本，簡(jiǎn)化了光伏電站的接線，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量大大減少。

（2）項(xiàng)目將電力系統(tǒng)變電站內(nèi)規(guī)約IEC61850應(yīng)用到新能源領(lǐng)域，通過雙100M光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了光伏電站或風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電單元與升壓站綜自系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了互操作性，省卻了在現(xiàn)場(chǎng)的大量調(diào)試工作，同時(shí)也增強(qiáng)了變電站的可靠性和安全性。

（3）項(xiàng)目將非電量保護(hù)和電氣量融于一體，提供重瓦斯動(dòng)作跳閘、輕瓦斯動(dòng)作告警、SF6 氣壓異常報(bào)警、變壓器高溫報(bào)警、變壓器超高溫跳閘、變壓器油位低等非電量保護(hù)，帶復(fù)合電壓閉鎖的三段式電流保護(hù)、零序電流、過壓、欠壓、CT斷線、缺相保護(hù)、PT斷線功能，能夠在箱變故障的情況下跳閘切除故障，保證箱變的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）項(xiàng)目機(jī)箱結(jié)構(gòu)采用后插拔方式，后插拔工藝結(jié)構(gòu)與前拔插相比有著很大的優(yōu)勢(shì)，有利于強(qiáng)電、弱電的分離，整個(gè)裝置的抗電磁干擾能力大大提高。母板裝在機(jī)箱前側(cè)，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電信號(hào)由機(jī)箱后側(cè)接入，經(jīng)過光耦、變換器等隔離成弱電信號(hào)后經(jīng)母板與其他板件進(jìn)行連接。

5.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

裝置自問世以來(lái)，秉承以客戶為中心，品質(zhì)至上的原則，根據(jù)客戶需求不斷完善產(chǎn)品，使設(shè)備更能符合現(xiàn)場(chǎng)和用戶的需求。產(chǎn)品在河北、河南、山東、內(nèi)蒙古、新疆、青海等地均有大量成功運(yùn)行的案例，實(shí)踐證明，裝置能夠經(jīng)受現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷的環(huán)境，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，受到了用戶的一致性好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 許強(qiáng). 我國(guó)分布式光伏發(fā)電現(xiàn)狀研究[J]. 電力設(shè)備， 2018， 14： 145.

[2] 張民富. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景分析[J]. 基層建設(shè)， 2017， 12： 38- 39.

作者簡(jiǎn)介

劉琳，女，碩士，1982年出生，畢業(yè)于燕山大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，在河北北恒電氣科技有限公司從事產(chǎn)品研發(fā)工作。