任斌

摘 要： 地面集中式光伏電站匯流箱分布廣、數(shù)量多，RS485總線負(fù)責(zé)將匯流箱的各項(xiàng)參數(shù)傳輸至后臺(tái)。由于匯流箱采集各支路光伏組件電壓、電流等數(shù)據(jù)，故對(duì)電站運(yùn)行監(jiān)控及各回路組件運(yùn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比起到重要作用。而在實(shí)際運(yùn)行中可能存在因設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量低、大電流高壓電纜干擾等因素，匯流箱通訊不穩(wěn)定及中斷故障頻繁發(fā)生，給運(yùn)行監(jiān)控人員帶來(lái)不便并且增加了運(yùn)維量。文章分析了產(chǎn)生干擾的原因，并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞： 匯流箱；通訊；干擾；故障

0 引言

在可再生能源電力行業(yè)發(fā)展方面，國(guó)家發(fā)展改革委于2016年12月下發(fā)的《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出，實(shí)現(xiàn)2020年和2030年非化石能源分別占一次能源消費(fèi)比重15%和20%的目標(biāo)。其中，“十三五”期間，新增投產(chǎn)常規(guī)水電4000萬(wàn)千瓦，新開(kāi)工常規(guī)水電6000萬(wàn)千瓦；到2020年底，全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)確保達(dá)到2.1億千瓦以上；到2020年底，全國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)確保實(shí)現(xiàn)1.1億千瓦以上等。這表明在“十三五”及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)期，國(guó)家對(duì)清潔可再生能源的需求增長(zhǎng)較快，市場(chǎng)前景廣闊。

光伏匯流箱作為電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，實(shí)時(shí)采集和上傳光伏組件的電壓、電流等重要數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)支持。另外，隨著通信及自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏電站正向無(wú)人值守、智能化的方向發(fā)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(duì)光伏場(chǎng)區(qū)內(nèi)匯流箱通訊不穩(wěn)定及發(fā)生過(guò)的通訊故障進(jìn)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(gè)定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由電信行業(yè)協(xié)會(huì)和電子工業(yè)聯(lián)盟定義。使用該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)能在遠(yuǎn)距離條件下以及電子噪聲大的環(huán)境下有效傳輸信號(hào)。

RS485總線有A、B兩根信號(hào)線，采用差分信號(hào)負(fù)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(yuǎn)2km，總線最大支持節(jié)點(diǎn)數(shù)32個(gè)，特殊驅(qū)動(dòng)器可支持256個(gè)節(jié)點(diǎn)或更多。485 通訊網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵設(shè)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(shí)現(xiàn)匯流、防雷功能的同時(shí)，還具有對(duì)箱內(nèi)電流、電壓、溫度測(cè)量，對(duì)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(gòu)成光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 項(xiàng)目概況

本電站裝機(jī)容量為85兆瓦，共安裝同一型號(hào)的匯流箱960臺(tái)，通訊方式采用RS485 通訊技術(shù)，利用雙重屏蔽雙絞線將每路5—6臺(tái)匯流箱通過(guò)手牽手的方式與通訊管理機(jī)相連。根據(jù)匯流箱出廠技術(shù)文件及設(shè)計(jì)說(shuō)明，該項(xiàng)目匯流箱通訊電纜采用單點(diǎn)接地方式，內(nèi)外屏蔽層未分開(kāi)接地。項(xiàng)目建成后進(jìn)行全站光伏區(qū)設(shè)備帶電調(diào)試，發(fā)現(xiàn)80%匯流箱通訊不通或通訊不穩(wěn)定。

3 通訊故障原因

目前多數(shù)光伏電站建設(shè)為了搶電價(jià)并網(wǎng)，存在趕工期現(xiàn)象，導(dǎo)致工程質(zhì)量差，后期進(jìn)行光伏匯流箱通訊調(diào)試及運(yùn)行中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題。這些問(wèn)題若不能及時(shí)處理，對(duì)匯流箱通信的可靠性提出嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

3.1通訊裝置參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，主要包含站地址設(shè)置錯(cuò)誤、站波特率設(shè)置錯(cuò)誤、通訊模式設(shè)置錯(cuò)誤。

3.2通訊電纜接線錯(cuò)誤，主要包括A、B、屏蔽層線接反、電纜虛接、通訊管理機(jī)內(nèi)實(shí)際接線與通訊裝置回路不對(duì)應(yīng)。

3.3 通訊電纜接地方式，本工程施工期間，根據(jù)設(shè)備技術(shù)說(shuō)明書(shū)及設(shè)計(jì)圖紙，將內(nèi)外屏蔽層作為一層采用單點(diǎn)接地，無(wú)法充分發(fā)揮雙重屏蔽層抗干擾的優(yōu)勢(shì)，在電磁干擾較大時(shí)力所不及。

3.4電纜敷設(shè)方式，本工程敷設(shè)匯流箱RS485 通訊電纜，在進(jìn)入逆變器室時(shí)，采用成束與動(dòng)力電纜并行進(jìn)入逆變器電纜溝內(nèi)，無(wú)專用通道，且與動(dòng)力電纜緊貼放置在同一電纜固定架上。根據(jù)《GB-50311-2007 綜合布線工程規(guī)范》要求，通訊電纜與其平行敷設(shè)動(dòng)力電纜間距不滿足要求，在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采取單點(diǎn)接地，因接地不可靠導(dǎo)致通訊線路壓降超過(guò)2V。

3.5高頻干擾，本工程通訊管理機(jī)安裝在兩臺(tái)逆變器中間，逆變器產(chǎn)生的高頻信號(hào)，頻率高達(dá)幾百KHz，通過(guò)功率線耦合到了通訊線上，這種干擾對(duì)信號(hào)解析影響很大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法正確解析，出現(xiàn)丟幀或無(wú)法通信現(xiàn)象。

4 通訊故障處理方式

4.1檢查參數(shù)設(shè)置

一般情況匯流箱通訊參數(shù)主要包含站地址、波特率及通訊協(xié)議，其中地址根據(jù)上位機(jī)定義進(jìn)行設(shè)置，如1號(hào)匯流箱設(shè)置為01，依次類推；波特率根據(jù)匯流箱說(shuō)明書(shū)選擇設(shè)置，一般波特率為9600；通訊協(xié)議根據(jù)設(shè)備說(shuō)明書(shū)進(jìn)行設(shè)置，一般選擇modbus通訊協(xié)議。

4.2通訊電纜接線檢查

匯流箱 RS-485 通訊組網(wǎng)連接時(shí)，僅需將 A、B、屏蔽層接至端子排對(duì)應(yīng)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(yīng)連續(xù)，通訊電纜采用菊花鏈即手拉手連接時(shí)，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(shí)注意不要接反，A 與 B 互為雙絞接線。

4） 485 通訊網(wǎng)絡(luò)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(guī)消除干擾的方法包括：①采用屏蔽雙絞線并有效接地，②強(qiáng)電場(chǎng)的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽，③布線時(shí)遠(yuǎn)離高壓線，更不能將高壓電源線和信號(hào)線捆在一起走線。對(duì)于第2、3方式一般在工程建設(shè)中選用，但實(shí)際施工過(guò)程中由于設(shè)計(jì)、人員工作責(zé)任心、偷工減料等原因，并未做到采用鍍鋅管和遠(yuǎn)離高壓電纜進(jìn)行施工。若后期改造成本高，因此一般選用有效接地進(jìn)行方式消除干擾。而該項(xiàng)目根據(jù)廠家出廠說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖紙，匯流箱通訊線只需在通訊管理機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行單點(diǎn)接地，但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該方案不能消除干擾，甚至因?yàn)楦蓴_太大將通訊裝置輸出電壓拉低甚至燒壞。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)大量試驗(yàn)，與通訊柜連接的第一個(gè)匯流箱內(nèi)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(yàn)出采用兩點(diǎn)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(zhǎng)或速率較高時(shí)，線路存在回波干擾，此時(shí)要在通信線路首末兩端并聯(lián)120Ω匹配電阻。推薦在通信速率大于19.2Kbps 或線路長(zhǎng)度大于500米時(shí)，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(yuǎn)一般為150米，因此一般不推薦在線路首末兩端并聯(lián)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(guò)2-3V，這樣通訊裝置由于差分電壓太大很難實(shí)現(xiàn)正常通訊。另外有些通訊板因?yàn)楦蓴_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(wěn)定的問(wèn)題。目前南瑞繼保工程有限公司生產(chǎn)的一種通訊裝置可通過(guò)通訊板內(nèi)部跳線設(shè)置，實(shí)現(xiàn)匹配電阻的方式提升通訊能力。

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

5 結(jié)論

隨著節(jié)能減排步伐的加快，光伏電站的規(guī)模也越來(lái)越大，電站的智能化和數(shù)字化也是發(fā)展趨勢(shì)，光伏匯流箱作為電站的關(guān)鍵設(shè)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(shè)及運(yùn)維工作的技術(shù)重點(diǎn)，在485總線系統(tǒng)施工時(shí)必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范施工，特別應(yīng)注意下面幾點(diǎn)。

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(xiàn)特殊情況時(shí)調(diào)試，雙絞是因?yàn)?85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(cuò)誤的。

2、485 通訊網(wǎng)絡(luò)接線必須采用菊花鏈即手拉手方式，堅(jiān)決避免星型連接和分叉連接。

3、為避免強(qiáng)電對(duì)其干擾，485總線應(yīng)避免和強(qiáng)電走在一起。

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