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分布式光伏电站电能信息实时采集实现方法
作者：仲春林 彭栋 王健 来源：《硅谷》2014年第16期
摘 要 本文研究了分布式光伏电站电能信息实时采集实现方法，提出了采用电力调度数据网和GPRS无线通讯网两种组网方式将分布式光伏电站电能信息接入调度电量系统。解决了分布式光伏电站地理位置分散，组网困难的问题，相关技术在实际生产中的推进应用，将提高供电公司对分布式光伏电站电能信息管理的效率，进一步提升供电企业的社会形象。文章对电能信息接入要求、通讯组网方式、二次安全防护架构设计做了详细的阐述。 关键词 分布式；光伏电站；电能信息；实时采集
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）16-0053-03
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。中国作为新的世界经济发动机，随着国民经济的发展，能源的缺口增大，能源安全及能源在国民经济中的地位越显突出[1，2]。
大力发展新能源和可再生能源是我国未来的能源发展战略要求。为促进我国可再生能源和新能源技术及相关产业的发展，国家鼓励和支持可再生能源并网发电。太阳能作为洁净无污染的巨大能源，最大限度地开发利用太阳能电池用硅锭/硅片以及高效低成本太阳能电池组件及系统控制部件实现光伏发电、将是人类新能源利用方面的科技发展方向。
目前太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模逐步扩大。国内光伏市场呈现加速发展趋势，目前中国已经是国际光伏发电应用产品生产基地，光伏市场潜力巨大。2010年以前中国太阳电池多数是用于光伏发电系统，从2011年到2020年，中国光伏发电的市场主流将会由发电系统转向分布式并网发电系统[3，4]。
分布式光伏电站通常利用城市和农村的建筑物安装光伏设备进行发电并就近并入供电网络，随着分布式并网光伏电站的建设进度加快，发电容量占传统方式比重越来越大，调度自动化及电能量管理相关系统对电站的电能信息采集范围与实时性要求也相应的提高了。 1 调度电能信息采集要求 1.1 采集数据源
系统的数据来源主要是光伏电站上网点与并网点的关口、各类开关、母线上的电能表计。电能表计能够为系统提供各种电能信息数据，为整个系统功能提供了完善的数据源。
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1.2 采集数据项
1）光伏发电站接入公共电网线路的有功功率、无功功率、电压、电压相角、电流、电流相角。
2）升压站主变各侧的有功功率、无功功率、电压、电压相角、电流、电流相角。 3）汇集线路的有功功率、无功功率、电压、电压相角、电流、电流相角。 4）升压站主变高、低压侧各段母线的电压、电压相角、频率。
5）光伏发电站并网线路正向有功、反向有功、正向无功、反向无功电量值、分费率示数。
6）各电能表的事件记录。 1.3 采集数据频度 2 通讯组网实现 2.1 电力调度数据网
具备相应条件的光伏电站可采用成熟的电力调度数据道进行通讯。
在传统接入方式中：电能表通过RS485方式与终端服务器或电能量远方终端连接，通过电力调度数据网与主站通讯。接入方式见图1[5]。 2.2 GPRS无线通讯网
大多数光伏电站由于地理位置比较分散，建设专用调度数据网络并不现实，针对此类电站可采用GPRS（General Packet Radio Service）无线通讯方式进行组网。
GPRS通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，是一项高速无线数据处理的技术。通过GPRS方式组网通讯，数据分组发送和接收，可实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理，GPRS网络为电力系统无线通讯提供了简单高效的传输手段，其主要优点如下。
1）可随意分布和移动入网点；无需担心线路的维护或有线通讯方式在移机时导致的通讯中断。建设新的监测点无需进行拉线、埋线等工作。
2）采用透明传输方式，自动流控，能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。
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3）信号覆盖较好，网络接入速度快，通信质量稳定可靠；提供与现有数据网的无缝连接，接入速度仅几秒钟。
4）支持TCP/IP、UDP、X.25协议；较载波、230M无线、GSM短信息，网络接入更加直接方便。
5）采用专线接入方式（VPN）；使用专有接入点（APN），组建虚拟专网，SIM卡只能在且虚拟专网与专属光纤（部署到调度信息化机房）进行通讯，安全性较高。
GPRS无线传输终端是基于GPRS无线网络，应用于工业监控、电力管理等行业的数据通信组网需求。提供高速、永远在线的传输信道，在网络结构上实现虚拟专网，组成用户专用数据网络。
终端采用外置式，通讯接口采用标准RS232和RS485 接口方式，为了保证无线通讯的安全性，串口通讯报文数据采用了以下两种安全机制。
1）报文帧格式分析过虑：过滤一切非电能信息国标规约帧格式数据。
2）加密处理：报文数据通过终端与主站的动态加密验证算法进行数据加密与解密处理。 4 网络防护与数据安全
分布式光伏电站电能信息采集系统遵照《电力二次系统安全防护总体方案》与《电力二次系统安全防护规定》要求，满足“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的总体原则，配置相应的安全防护设备。 1）硬件防火墙。
2）GPRS无线通讯管理服务器。 3）逻辑强隔离装置。
4）电力专用横向物理隔离装置。
GPRS无线组网方式，在总体安全防护在基础上采用以下安全措施。
1）GPRS无线终端通讯采用APN虚拟专网方式，建立专属于电能信息采集的点对点专网。
2）GPRS无线终端与主站通讯采用加密算法实现数据报文的加密传输。
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3）主站GPRS数据采集服务器建立于GPRS网络专区。
4）对GPRS通讯管理服务器的通讯数据包做分析过滤处理，不满足《IEC870-5-102》、《DL/T 5-1997》、《DL/T 5-2007》报文帧格式的一切数据包都进行拦截并生成数据包分析日志。
5）GPRS采集的电能信息通过逻辑强隔离装置进入信息内网。 5 结语及展望
光伏以其独具的优势，对其开发利用必将得到长足的发展，逐步改变我国传统能源结构，对克服我国能源紧张、改善生态环境及人体健康具有重大意义。
分布光伏并网电站因其特有的优势将在较长一段时间成为太阳能利用的重点方式。 本文提出了一种分布式光伏电站电能信息实时采集的实现方法，可以实现各类分布式光伏电站电能信息实时采集，具有如下特点。
1）满足了分布式光伏电站电能信息采集实时性管理要求。 2）两种组网方式满足分布式光伏电站通讯信道的组网 要求。
3）电能信息采集数据安全满足《电力二次系统安全防护规定》要求。
分布式光伏电站电能信息实时采集的实现方法的提出，可以推进相关技术在实际生产中的应用，加强对分布式光伏电站的监控、监督管理力度，保证了发电量数据的正确性，为供电公司和电站建立了良好的协作关系，适应了现代化管理要求，经济、管理和安全效益显著，进一步提升供电企业的社会形象。 参考文献
[1]赵芳.中国能源发展的契机与对策建议[J].现代经济探讨，2009（11）：80-84. [2]国家能源局将制定光伏产业指导意见[J].电力系统自动化，2012，36（20）：123-123. [3]吴琦.分布式光伏发电：中国光伏产业可持续发展的有效途径[J].中国电力教育，2013（36）：197-198.
[4]中国太阳能光伏产业的发展前景预测[J].硅谷，2012（4）：7.
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[5]DL/T 5-2007，多功能电能表通信协议[S]. [6]DL/T 5-1997，多功能电能表通信协议[S]. 作者简介
仲春林（1981-），男，江苏泰州人，工程师，本科，长期从事采集通讯监控相关系统研发工作。
彭栋（1973-），男，江苏无锡人，高级工程师，本科，长期从事调度自动化控制相关系统研发与管理工作。
王健（1982-），男，江苏如东人，工程师，本科，长期从事变电站自动化系统新设备、新技术的项目应用和推广工作。
