基于5G 通信的光伏电站监控系统组网设计及监控技术研究

引言

通信技术在它实现了对光伏系统的实时监控，通过传感器采集数据并传输，让运营人员能随时掌握电站的发电量、设备温度等运行状态，这便于及时发现故障并进行调测，减少停机时间。通信技术使光伏系统更智能，可以远程调整设备参数，优化发电效率。在后期运营维护方面，方便技术人员可以远程诊断问题，降低现场维护成本。同时，能存储和分析大量数据，为系统升级和优化提供依据。通过通信网络，不同光伏电站还可实现互联，进行统一管理和调度，提高能源利用效率。

1 基于5G 通信的光伏电站监控系统组网设计

1.15G 网络架构在光伏电站的应用

在光伏电站场景中，5G 网络的整体架构包括核心网、接入网和终端设备。宏基站作为 5G 网络的重要组成部分，在光伏电站中可合理布局以实现大范围的信号覆盖，例如在一个大型光伏电站中，根据电站的地理分布和面积，在适当的位置设置宏基站，确保整个电站区域都能接收到稳定的 5G 信号。微基站则可以用于补充覆盖，特别是在光伏组件密集区或地形复杂的角落等一些信号较弱的区域，通过合理的宏基站和微基站布局策略，能够满足不同区域的监控需求。光伏电站通过科学规划 5G 基站布局可以实现对电站内各个关键设备的实时监控，监控数据包括光伏组件的发电功率、温度、电压等参数，以及环境参数如光照强度、温度、风速等，这些数据通过 5G 网络快速传输到监控中心，可以为电站的运行管理和故障诊断提供及时、准确的信息，大大提高电站的运行效率和可靠性。

1.2 基于5G 切片技术的网络资源分配

5G 切片技术可以根据不同的业务需求，将网络资源划分为多个独立的虚拟网络切片。在光伏电站监控系统中，可以为不同的监控业务划分专用网络资源，例如对于实时性要求高的数据采集和故障报警业务可以创建一个具有低延迟、高带宽的网络切片，确保监控数据能够快速、准确地传输到监控中心。而对于一些非实时的数据分析和管理业务，可以创建一个相对低带宽的网络切片，以满足需求。通过这种方式，能够充分利用网络资源，提高网络的利用率和性能。光伏电站利用 5G 切片技术可以为视频监控业务创建一个专用的网络切片，视频监控数据需要占用较大的带宽，并且对实时性有一定要求。通过5G 切片技术，确保了视频监控数据的稳定传输，监控中心能够实时查看电站的各个角落，及时发现潜在的安全问题，同时对于其他的数据采集和分析业务，也分别划分了不同的网络切片，实现了网络资源的合理分配和高效利用。

1.3 不同组网拓扑结构的适用性分析

星型拓扑结构具有结构简单、易于管理和维护的优点，在光伏电站中可以将各个监控设备作为节点，连接到中心节点，实现数据的集中传输和管理，例如在一个小型光伏电站中，采用星型拓扑结构，监控中心作为中心节点，各个光伏组件和环境传感器作为节点，通过 5G 网络连接到监控中心，这种结构简单明了，便于故障排查和维护。

环形拓扑结构具有较好的冗余性和可靠性，当某个节点出现故障时，数据可以通过其他节点进行传输，保证网络的正常运行，在一些对可靠性要求较高的光伏电站中可以采用环形拓扑结构，例如某大型光伏电站采用了环形拓扑结构，各个监控设备通过5G 网络组成一个环形网络，确保了数据传输的可靠性。

网状拓扑结构具有高度的灵活性和可扩展性，每个节点都可以与其他节点直接通信，能够实现数据的快速传输和共享，在一些规模较大、监控设备分布广泛的光伏电站中，网状拓扑结构可以充分发挥其优势。例如分布式光伏电站采用网状拓扑结构，各个监控设备通过 5G 网络相互连接，形成了一个复杂的网络结构，实现了数据的高效传输和共享。

2 基于5G 通信的光伏电站监控技术研究

2.1 基于5G 的数据采集技术

5G 技术的高速率与低延迟特性为光伏电站数据采集带来革新，在电站中温度、电压、电流及光照强度传感器等各类传感器被广泛安装，它们能实时监测光伏组件运行状态及环境变化，借助 5G 网络这些海量数据可迅速传输至监控中心，例如光伏电站通过 5G 网络可以实现对光伏组件电压、电流、温度等参数以及光照、温度、风速等环境参数的实时采集与高频传输，为电站运行管理和优化提供可靠依据，它的传输速度和容量优势远超传统技术，能满足大规模监控需求。

2.2 基于大数据与人工智能的故障预测与诊断

利用大数据与人工智能可对光伏电站进行故障预测与诊断，对采集的大量数据进行处理分析，建立数据模型实时监测评估电站运行状态。结合机器学习、深度学习等算法训练数据，构建故障预测与诊断模型。光伏电站通过分析光伏组件运行数据的历史学习可以建立故障预测模型，能在组件参数异常时提前预警，让监控人员及时采取预防措施，同时人工智能算法可以诊断故障类型和位置，为维修提供准确信息，提高维修效率，降低故障损失，延长设备使用寿命。

2.3 基于5G 的远程控制技术

5G 通信使光伏电站远程控制成为可能，在电站安装远程开关、调节器等远程控制设备，监控中心可以凭借 5G 网络实时发送指令控制设备，例如当监控中心发现光伏组件发电效率低时可以通过远程控制调整参数提高效率。设备故障时维修人员也能利用远程控制技术初步排查维修，减少现场工作量，这不仅提高运维效率、降低成本，还能保障电站安全运行，尤其在恶劣环境下可避免运维人员进入危险区域，例如在一些高温、强风天气，远程控制可以确保操作安全顺利进行。

总结

综上所述，通信技术为光伏产业注入了新的活力，推动其向更高效、智能、可持续的方向发展，使其能更好地适应现代能源需求，为清洁能源的广泛应用提供有力支持。在基于 5G 通信的光伏电站监控系统组网设计中，合理应用 5G网络架构、充分利用 5G 切片技术进行网络资源分配，并根据实际情况选择合适的组网拓扑结构，能够构建一个高效、可靠、智能的光伏电站监控系统，为光伏电站的安全稳定运行提供有力保障。基于 5G 通信的光伏电站监控技术中，数据采集、故障预测诊断与远程控制技术相辅相成，它们共同构建高效智能可靠的监控系统，可以提升运行效率和可靠性，降低运维成本，推动光伏产业发展。

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出生年月 :1990.12.24 性别 : 男 民族 : 汉 籍贯 : 四川省成都市 学历 : 本科 职称（现职称）: 中级（传输与接入） 研究方向 : 通信、造价、光伏