智能箱變測控裝置的研究

摘要：光伏行業發展迅速，但部分光伏電站存在結構復雜的問題，本文提出一種新的解決方案，將測控和通訊合二為一成為一種新型的測控裝置。文中，對測控裝置的組成進行了詳細的介紹，并對產品的創新性進行了歸納和總結。通過現場運行得到了用戶的肯定和認可。

關鍵詞 ：太陽能;智能箱變測控;通訊管理機

1.技術背景

太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發達國家正在把太陽能的開發利用作為能源革命主要內容長期規劃。近年來，太陽能開發利用規模快速擴大，技術進步和產業升級加快，成本顯著降低，已成為全球能源轉型的重要領域[1]。

我國76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻;與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠;除大規模并網發電和離網應用以外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式儲存， 太陽能+蓄能 幾乎可以滿足中國未來穩定的能源需求。此外，太陽能光伏發電系統的裝配幾乎不受地域限制，對地理條件的要求不高，從南到北，從東到西，只要有光照的地方，都可以裝配光伏發電系統[2]。

2.裝置概述

目前大部分光伏發電單元內匯流箱、逆變器、箱變等設備先把信息送至通訊管理機，再由光纖收發器上傳到綜自系統，系統結構如圖1所示，系統中各組成設備之間的連線如圖中虛線所示，由此可以看出整個系統的接線過于繁多，增加了故障率，同時也增加了投資成本，不利于以后系統故障的排查。我公司在傳統方案的基礎上進行了改進，將通信管理機、光纖交換機和箱變測控保護功能融為一體，完成了信號的采集和數據的傳輸;不僅簡化了光伏發電單元的接線，又提高了系統的穩定性，降低了光伏電站測控通信類設備投資成本。我公司研發的新一代智能箱變監控裝置BHE-336T，可用于箱變的模擬量采集、非電量保護、遠方控制和通訊功能。從而實現升壓站對光伏箱變的遠程管理和自動化監控，滿足光伏電站的“無人值班，少人值守”的運行管理方式。

3.裝置組成

為了適應光伏電站惡劣的現場環境，箱變監控裝置的機箱采用加強型單元磨具機箱，后插拔的插件式結構，方便現場安裝和更換。裝置由以下插件構成：交流插件、CPU插件、開入插件，信號插件、通訊插件以及人機對話插件。

交流插件：插件上包括電流變換器和電壓變換器，用于將系統中電流互感器和電壓互感器的二次側電流、電壓信號轉換為弱電信號，以便于CPU插件進行采集轉換，同時也起到強弱電隔離作用。

CPU插件：整個裝置的核心部分，主要負責：數據采樣處理、保護的邏輯判斷、遙信信號的處理、遙控的開出、直流量的采集、與人機對話插件的通信。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的監測。

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

通訊插件：提供8路RS485主站接口和2路光纖以太網接口。8路RS485可接入逆變器、智能匯流箱、1-6路視頻監控等設備，每個RS485接口可接入設備32臺，傳輸速率300bps-115200bps可配置，傳輸距離可達1000米，可支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103/104、DMP500、Modbus、CDT、9702、私有協議（需提供規約文本）等多種規約。2路光纖以太網接口可組成自愈式光纖環網。光纖接口為單模或多模SC型（可選ST、FC等），波長為1310nm，傳輸距離可達50km，通信協議采用IEC60870-5-104，面向單個智能設備數據，實現Modbus到IEC60870-5-103的統一轉換和傳輸，可方便接入目前主流的電站監控系統。

人機對話插件：安裝于裝置面板上，是裝置與外界進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、信號指示燈、操作鍵盤等。

4.裝置的創新點

我公司研發的箱變監控裝置BHE-336T與以往的測控裝置相比，具有以下幾點創新性：

（1）項目融合通信管理機、光纖交換機、和完善的測控保護功能于一體，可以降低光伏電站測控通信類設備三分之二的投資成本，簡化了光伏電站的接線，現場調試的工作量大大減少。

（2）項目將電力系統變電站內規約IEC61850應用到新能源領域，通過雙100M光纖環網實現了光伏電站或風電場的發電單元與升壓站綜自系統的無縫對接，實現了互操作性，省卻了在現場的大量調試工作，同時也增強了變電站的可靠性和安全性。

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

（4）項目機箱結構采用后插拔方式，后插拔工藝結構與前拔插相比有著很大的優勢，有利于強電、弱電的分離，整個裝置的抗電磁干擾能力大大提高。母板裝在機箱前側，現場強電信號由機箱后側接入，經過光耦、變換器等隔離成弱電信號后經母板與其他板件進行連接。

5.現場應用

裝置自問世以來，秉承以客戶為中心，品質至上的原則，根據客戶需求不斷完善產品，使設備更能符合現場和用戶的需求。產品在河北、河南、山東、內蒙古、新疆、青海等地均有大量成功運行的案例，實踐證明，裝置能夠經受現場嚴酷的環境，運行穩定可靠，受到了用戶的一致性好評。

參考文獻

[1] 許強. 我國分布式光伏發電現狀研究[J]. 電力設備， 2018， 14： 145.

[2] 張民富. 太陽能光伏發電系統現狀及前景分析[J]. 基層建設， 2017， 12： 38- 39.

作者簡介

劉琳，女，碩士，1982年出生，畢業于燕山大學電力系統及其自動化專業，在河北北恒電氣科技有限公司從事產品研發工作。