光伏電站匯流箱通訊故障研究

任斌

摘 要： 地面集中式光伏電站匯流箱分布廣、數量多，RS485總線負責將匯流箱的各項參數傳輸至后臺。由于匯流箱采集各支路光伏組件電壓、電流等數據，故對電站運行監控及各回路組件運行數據分析對比起到重要作用。而在實際運行中可能存在因設計不合理、施工質量低、大電流高壓電纜干擾等因素，匯流箱通訊不穩定及中斷故障頻繁發生，給運行監控人員帶來不便并且增加了運維量。文章分析了產生干擾的原因，并提出了解決方案。

關鍵詞： 匯流箱；通訊；干擾；故障

0 引言

在可再生能源電力行業發展方面，國家發展改革委于2016年12月下發的《可再生能源發展“十三五”規劃》中提出，實現2020年和2030年非化石能源分別占一次能源消費比重15%和20%的目標。其中，“十三五”期間，新增投產常規水電4000萬千瓦，新開工常規水電6000萬千瓦；到2020年底，全國風電并網裝機確保達到2.1億千瓦以上；到2020年底，全國太陽能發電并網裝機確保實現1.1億千瓦以上等。這表明在“十三五”及未來較長一段時期，國家對清潔可再生能源的需求增長較快，市場前景廣闊。

光伏匯流箱作為電站的關鍵設備之一，實時采集和上傳光伏組件的電壓、電流等重要數據，起到承上啟下的作用，為分析、判斷光伏組件缺陷、故障提供可靠數據支持。另外，隨著通信及自動化技術的不斷發展，光伏電站正向無人值守、智能化的方向發展。因此，匯流箱的通訊可靠性就顯得尤為重要。本文依托甘肅某85兆瓦地面集中光伏電站，針對光伏場區內匯流箱通訊不穩定及發生過的通訊故障進行分析，探討解決方案。

1 基本原理

1.1 RS485原理

RS-485又名TIA-485-A、ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485，是一個定義平衡數字多點系統中的驅動器和接收器的電氣特性的標準。該標準由電信行業協會和電子工業聯盟定義。使用該標準的數字通信網絡能在遠距離條件下以及電子噪聲大的環境下有效傳輸信號。

RS485總線有A、B兩根信號線，采用差分信號負邏輯，邏輯“0”以兩線間的電壓差為+（2～6）V表示；邏輯“1”以兩線間的電壓差為-（2～6）V表示。傳輸速率最高10Mbps，傳輸距離最遠2km，總線最大支持節點數32個，特殊驅動器可支持256個節點或更多。485 通訊網絡接線必須采用菊花鏈即手拉手方式（不能采用星形）。

1.2 光伏匯流箱

光伏匯流箱作為光伏電站關鍵設備，主要由輸出主斷路器、采集器、防雷模塊、匯流板、光伏熔斷器及智能模塊組成。在實現匯流、防雷功能的同時，還具有對箱內電流、電壓、溫度測量，對防雷、母線、光伏組串的故障診斷，以及與主站的通訊功能，便于構成光伏發電監測系統。

2 項目概況

本電站裝機容量為85兆瓦，共安裝同一型號的匯流箱960臺，通訊方式采用RS485 通訊技術，利用雙重屏蔽雙絞線將每路5—6臺匯流箱通過手牽手的方式與通訊管理機相連。根據匯流箱出廠技術文件及設計說明，該項目匯流箱通訊電纜采用單點接地方式，內外屏蔽層未分開接地。項目建成后進行全站光伏區設備帶電調試，發現80%匯流箱通訊不通或通訊不穩定。

3 通訊故障原因

目前多數光伏電站建設為了搶電價并網，存在趕工期現象，導致工程質量差，后期進行光伏匯流箱通訊調試及運行中會發現很多問題。這些問題若不能及時處理，對匯流箱通信的可靠性提出嚴峻的考驗。

3.1通訊裝置參數設置錯誤，主要包含站地址設置錯誤、站波特率設置錯誤、通訊模式設置錯誤。

3.2通訊電纜接線錯誤，主要包括A、B、屏蔽層線接反、電纜虛接、通訊管理機內實際接線與通訊裝置回路不對應。

3.3 通訊電纜接地方式，本工程施工期間，根據設備技術說明書及設計圖紙，將內外屏蔽層作為一層采用單點接地，無法充分發揮雙重屏蔽層抗干擾的優勢，在電磁干擾較大時力所不及。

3.4電纜敷設方式，本工程敷設匯流箱RS485 通訊電纜，在進入逆變器室時，采用成束與動力電纜并行進入逆變器電纜溝內，無專用通道，且與動力電纜緊貼放置在同一電纜固定架上。根據《GB-50311-2007 綜合布線工程規范》要求，通訊電纜與其平行敷設動力電纜間距不滿足要求，在實際運行中對通訊產生干擾，經現場測試采取單點接地，因接地不可靠導致通訊線路壓降超過2V。

3.5高頻干擾，本工程通訊管理機安裝在兩臺逆變器中間，逆變器產生的高頻信號，頻率高達幾百KHz，通過功率線耦合到了通訊線上，這種干擾對信號解析影響很大，導致數據無法正確解析，出現丟幀或無法通信現象。

4 通訊故障處理方式

4.1檢查參數設置

一般情況匯流箱通訊參數主要包含站地址、波特率及通訊協議，其中地址根據上位機定義進行設置，如1號匯流箱設置為01，依次類推；波特率根據匯流箱說明書選擇設置，一般波特率為9600；通訊協議根據設備說明書進行設置，一般選擇modbus通訊協議。

4.2通訊電纜接線檢查

匯流箱 RS-485 通訊組網連接時，僅需將 A、B、屏蔽層接至端子排對應端子即可，且滿足以下要求：

1） 通訊電纜必須用雙絞屏蔽電纜，端子屏蔽層需剝離干凈，以免通訊端子螺絲直接壓接在屏蔽層，造成通訊線虛接；

2） 通訊電纜屏蔽層應連續，通訊電纜采用菊花鏈即手拉手連接時，屏蔽層之間也要可靠連接在一起，且屏蔽層必須接大地；

3） A、B 接線時注意不要接反，A 與 B 互為雙絞接線。

4） 485 通訊網絡接線必須采用菊花鏈即手拉手方式（不能采用星形）。

4.3更改屏蔽線接地方式

RS-485通訊主要受到的干擾是電磁干擾和高頻干擾，常規消除干擾的方法包括：①采用屏蔽雙絞線并有效接地，②強電場的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽，③布線時遠離高壓線，更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線。對于第2、3方式一般在工程建設中選用，但實際施工過程中由于設計、人員工作責任心、偷工減料等原因，并未做到采用鍍鋅管和遠離高壓電纜進行施工。若后期改造成本高，因此一般選用有效接地進行方式消除干擾。而該項目根據廠家出廠說明書和設計院設計圖紙，匯流箱通訊線只需在通訊管理機柜內進行單點接地，但實際運行中發現該方案不能消除干擾，甚至因為干擾太大將通訊裝置輸出電壓拉低甚至燒壞。現場通過大量試驗，與通訊柜連接的第一個匯流箱內增加一組接地線，通訊裝置抗干擾能力可提升2V左右，最終試驗出采用兩點接地即可消除干擾。

4.4通訊板匹配電阻

RS-485是差分電平通信，在距離較長或速率較高時，線路存在回波干擾，此時要在通信線路首末兩端并聯120Ω匹配電阻。推薦在通信速率大于19.2Kbps 或線路長度大于500米時，才考慮加接匹配電阻。而光伏電站匯流箱RS-485通訊線路最遠一般為150米，因此一般不推薦在線路首末兩端并聯120Ω匹配電阻。

RS-485通信雙方的地電位差要求小于1V，但是由于干擾等原因造成通訊線路壓降超過2-3V，這樣通訊裝置由于差分電壓太大很難實現正常通訊。另外有些通訊板因為干擾等原因輸出電壓已降低至2V左右（通訊板正常輸出電壓5V），或者干擾太大增加一組接地線后通訊還不穩定的問題。目前南瑞繼保工程有限公司生產的一種通訊裝置可通過通訊板內部跳線設置，實現匹配電阻的方式提升通訊能力。

如上圖第 1 個串口作為 RS-485 使用時，P5 作為匹配電阻。通常情況下，不設置該跳線；只有在通信狀況不理想時才設置該跳線。

5 結論

隨著節能減排步伐的加快，光伏電站的規模也越來越大，電站的智能化和數字化也是發展趨勢，光伏匯流箱作為電站的關鍵設備之一，起到承上啟下的作用。提高RS485通訊抗干擾能力成為施工建設及運維工作的技術重點，在485總線系統施工時必須嚴格按照施工規范施工，特別應注意下面幾點。

1、布線一定要布多股屏蔽雙絞線。多股是為了備用，屏蔽是為了便于出現特殊情況時調試，雙絞是因為485通訊采用差模通訊原理，雙絞的抗干擾性較好。不采用雙絞線是錯誤的。

2、485 通訊網絡接線必須采用菊花鏈即手拉手方式，堅決避免星型連接和分叉連接。

3、為避免強電對其干擾，485總線應避免和強電走在一起。

參考文獻

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