光伏电站无线通讯方案是赔本买卖，几张图看个明白

1、引言

"现场无需布置通信线缆，施工成本低，可实现站内移动运维…"4G无线通讯应用于光伏电站中，似乎有很多不可替代的优点。然而，理想很丰满，现实却很骨感。光伏电站数据量大、监测节点多且相对分散、场内存在各种高压信号的干扰，诸多方面的原因给4G无线监控系统运行稳定性与可靠性带来了巨大的挑战，特别是调度可靠性。笔者对某西北光伏电站实地考察后发现：该100MW电站并网运行一年后，系统一个月仍然上报了60387条告警记录，其中30%以上为通讯故障，无独有偶，笔者近日在内蒙某光伏电站考察时同样发现了类似的现象。如果再考虑初始投资成本高、后期需要专业运维等不利因素，4G无线通讯，似乎又成了光伏电站应用中的一个噱头。

到底4G无线通讯监控方案优劣如何呢？笔者接下来以专业技术的角度带您揭开其庐山真面目吧！

2、光伏电站监控系统架构

光伏系统有线通讯方案与4G无线通讯方案系统拓扑如图1所示。

有线方案中，每个发电单元内部以光纤形式输出并组成环网，通过核心交换机将数据上传到监控中心，而4G无线通讯方案中电站内需要建一座无线基站，每个光伏单元通过无线与基站进行通信，基站内核心网设备再将无线信号转成有线信号上传至监控中心。

3、可靠性分析

●4G无线传输速率低，易受山丘等障碍物影响

光纤通讯容量大，传输速率可达10000Mbps，而4G无线方案可采用的通讯信道带宽最大仅为10MHz，理论通讯速率仅为40Mbps，因此，4G无线通讯的传输速度比有线通讯低很多。且无线网络易受建筑物、树木和其它障碍物等结构影响，阻碍电磁波的传输，不是所有的角落都能覆盖得到，比如山丘，只有通过自动降速以实现无线的无缝连接效果，保证接通，那就需损失传输速率！对于大型电站，占地面积比较大，最远端方阵的数传终端距离基站很远，信号传输过程中很容易丢失，造成通讯故障。因此，在大型荒漠电站或山丘电站中，为防止信号被遮挡影响通讯等原因，现场将无线接收基站安装在采集方阵中央，然后通过较长距离的光纤引至集控室，如图2所示。

图2 无线接收基站置于方阵中，信号通过光纤传输到集控室

●4G无线方案抗电磁干扰能力差，易受光伏电站内高压电线等影响

光纤通讯的传输信号是光而不是电，在传输信号时不仅损耗小，而且不会受到厂区内高压电线等产生的强电磁场干扰。同时光纤环网能在网络出现意外故障情况下自动恢复业务，网络生存能力强，自愈合时间小于20ms，通讯链路稳定可靠。而无线系统抗电磁干扰能力差，很容易产生邻频干扰和互调干扰。据中国移动在广州某地区做的无线测试，由于天线互调干扰，导致小区上行吞吐量损失37%~47%，吞吐量的下降将会导致重要数据上报不及时，严重情况下造成通讯链路中断。同时，站内无线信号不仅仅是干扰的"受害者"，也可能成为"污染源"，对电站周围其他无线信号产生干扰，甚至会对航空产生影响。

●4G无线方案抗电磁干扰能力差，易受恶劣天气影响

光纤通讯以光纤为传播介质，埋设在地面下，不受天气影响。而4G无线信号易受雷雨雾天气影响。据英国《焦点》月刊报道，潮湿会减弱无线电波。通常情况下，电波在雨雪天气的传播速度大约为晴朗天气的3/4，穿透能力减弱，传输范围变小。2006年9月13日澳洲新闻网报道：美国研究人员表示地球上的雷暴可干扰无线电传输以及通讯设备的信号发送，易导致无线网络的暂时性中断，甚至造成室外无线设备的损坏。

●4G无线方案数据安全性差

光纤通讯中使用的光波波长很短，频率很高，传输频带很宽，便于采用数字通信方式，可进行数字加密，且光信号只在光区传输，基本不会发生光"泄露"，无串音干扰，数据安全性高。而无线信号在一个开放的空间传播，只要在无线接入点（AP）覆盖的范围内，终端都可以接收到无线信号，如同抗日影片中的电台传播一样，信号很容易被人监听而导致数据泄露。即使采用最可靠的加密方式，也易被黑客攻击。随着装机量的不断增加，光伏发电作为多能源互联系统中的重要组成部分，其运行安全性的要求越来越高。采用4G无线方案监控的光伏电站存在严重电力生产安全隐患。

●4G无线方案调度可靠性差

4G无线通讯方案在工程实践中存在易受干扰，数据传输慢，甚至会出现通讯中断等问题，直接影响电网调度实时性和稳定性。部分地区的电网公司已分别出台了光伏电站无功电压调节运行管理办法，明确规定：站内逆变器--通讯柜--监控后台间的通信链路应采用光纤通讯，且接收AGC/AVC调度指令或出力计划曲线的响应时间不应超过10s。并且专用的无线