基于智能化的設備入網方式研究

張環宇

（中國鐵塔股份有限公司，北京 100000）

0 引 言

隨著光伏、儲能、備發電、充換電等新能源業務的持續發展，客戶側對不同種類新能源設備接入的能力具有很高的需求。只有當新能源設備接入到平臺后，客戶側才能夠完成對后續設備使用情況、告警情況等方面的信息監控，達到對不同設備的智能管理。常見的新能源設備有動環監控單元（Field Supervision Unit，FSU）、光伏板、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、鋰電池組、鉛酸電池組、儲能變流器（Power Conversion System，PCS）、溫濕感、智能門禁、攝像頭、智能換電柜、空調、開關電源、室外配電設備以及智能電表等其他設備[1]。

1 設備接入平臺設計

1.1 設備接入平臺架構

設備接入平臺的架構設計分為兩層，分別是設備感知層和智能接入層。設備通過3種協議模式同平臺進行對接，分別為B接口協議、傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）、消息隊列遙測傳輸協議（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）。針對不支持物聯網協議的非智能化設備，通過FSU對多種設備進行關聯接入后，由FSU經過B接口協議統一傳輸設備上傳的數據給接入平臺；針對支持物聯網協議的智能化設備，直接通過TCP協議、MQTT協議傳輸數據至平臺[2]。通過設備的智能接入，達到對不同種類新能源設備的管理。設備接入平臺架構設計如圖1所示。

圖1 設備接入平臺架構設計

1.2 設備接入相關通信協議

針對平臺架構設計中的通信協議進行簡要說明。B接口協議是中國鐵塔集團通用的一種標準協議模式，主要作用為規定了平臺在新能源設備與FSU互聯的傳輸規范，其中FSU與設備接入平臺之間通過WebService和文件傳輸協議（File Transfer- Protocol，FTP）方式進行互聯，消息協議采用可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）格式。TCP協議與MQTT協議約定平臺使用公開的固定格式主題topic來接收和發布消息，從而完成設備上傳信息的交互[3]。

通過3種通信協議的方式，可以滿足硬件設備廠家的智能化設備與非智能化設備接入至平臺，擴展平臺接入設備的種類，為客戶提供多種方式的接入選擇。

2 設備接入的流程及實現

一般情況下，不同種類設備通過統一接入FSU后，FSU傳送給平臺相關設備的信號量。如果上傳的信號量滿足平臺設定的入網檢測要求，則表明設備入網測試通過，入網成功。下面以動環監控設備、不間斷電源設備、鋰電池組設備的相關檢測信號量為例，介紹設備接入的入網檢測流程及實現方式[4]。

2.1 動環監控設備接入流程

動環監控設備是對分布在各個點位的新能源設備的各種參數進行遙測、遙控、遙調和遙信，實時監測運行參數，診斷和處理故障，并對設備進行集中監控和集中維護的計算機控制系統。FSU上傳的相關信號量如表1所示，主要信號量類型為遙測，信號量名稱為中央處理器（Central Processing Unit，CPU）利用率、內存利用率以及信號強度等。當表1的信號量檢測成功后，表明此FSU設備入網接入成功。

表1 FSU檢測信號量

2.2 不間斷電源設備接入流程

不間斷電源設備是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源，主要用于給單臺計算機或其他電力電子設備提供不間斷的電力供應[5]。

UPS上傳的相關信號量如表2所示，主要信號量類型為遙測，主要信號量名稱為輸入線電壓、輸入相電壓、輸入相電流、輸出相電壓、輸出相電流、輸入頻率、輸出頻率以及環境溫度等。當表2的信號量檢測成功后，表明此UPS設備入網接入成功。

表2 UPS檢測信號量

2.3 鋰電池組設備接入流程

鋰電池是一種由鋰金屬為正/負極材料，使用非水電解質溶液的電池。其具有較高的能量密度、使用壽命、高低溫適應性強等優點，但是存在安全性差，有發生爆炸的危險等缺點。因此，做好設備接入的入網檢測流程十分必要。

鋰電池組上傳的相關信號量如表3所示，主要信號量類型為遙測，主要信號量名稱為電池總電壓、電池單體電壓、電池溫度、電流以及電池放電次數等。當表3的鋰電池組信號量檢測成功后，表明此鋰電池組設備入網接入成功。

表3 鋰電池組檢測信號量

2.4 設備接入平臺的功能實現

當設備廠家按照提示在平臺上錄入點位信息、設備信息、綁定設備的相關編碼后，可以在平臺上直接進入設備接入的入網檢測。

以蜀山區文曲路路口紅綠燈備電點位為例，當FSU、UPS、鋰電池組的信號量測試結果為通過后，展示入網驗證狀態為驗證通過。鋰電池組信號量檢測結果展示如圖2所示，設備入網驗證狀態通過展示如圖3所示。

圖2 檢測結果展示

圖3 設備入網驗證狀態通過展示

以兩當縣東街紅綠燈交警備電點位為例，當FSU、UPS、鋰電池組的信號量測試結果其中有些項目為不通過時，展示入網驗證狀態為測試不通過。鋰電池信號量檢測結果展示如圖4（a）所示，UPS信號量檢測結果展示如圖4（b）所示，設備入網驗證狀態不通過展示如圖5所示。

圖4 信號量檢測結果展示

圖5 設備入網驗證狀態不通過展示

針對測試不通過點位，根據信號量測試驗證結果，對點位的設備進行整改（軟件升級、替換等），重新測試，直至測試通過才能夠完成入網檢測驗證。當設備成功入網后并開機后，可以在平臺上看到相關遙測、遙信數據如圖6所示。

圖6 設備入網后數據展示

3 結 論

文章以客戶的備發電設備需要統一接入、統一監控為背景，探索了一種智能化的設備接入方式，通過檢測相關設備的信號量，來把控設備的接入質量，為客戶提供一種設備的管理手段。根據不同的設備類型，篩選必須要上傳的信號量信息進行檢測。設備接入后，平臺進行智能化的判斷。當平臺能夠檢測到需要的信號量時，給出測試通過的結果；當平臺檢測不到必須的信號量時，給出測試不通過的結果。由于研究時間較短，因此只是針對遙測信息進行設備的檢測，后續需要增加相關的遙控、遙調、遙信等信息的檢測。除此之外，后續還需要增加對設備的智能巡檢與智能監控等相關功能。