为大型光伏系统快速布建稳定传输的工业级无线网络系统

2016-12-12

项目简介:

为实现2020年非石化能源占能源消费占比15%的目标,中国政府多年来持续不断地发布新能源政策以提升其国内可再生能源的使用比率,而长期的政策扶持也促进了相关产业的蓬勃发展;其中像是光伏发电在十年之间就以惊人之速成长了四百多倍,快速的发展也让中国取代了德国成为全球最大的光伏应用市场。而即将出台且备受关注的「十三五」计划,也被专家、学者们认为势将调高光伏的总装机数量,藉此推动洁净能源的使用以达到节能减碳的目标。

 

但不论是企业自设光伏系统供应自家用电而余电则卖给电厂,或者是光伏电厂专门收集太阳光能后馈电给电力公司,前端收集来的数据能否确切地传送给监测管理系统成为一大重点,因为每个电站的发电数据既是确认光伏系统是否达到预期发电效果的检验依据,同时也是光伏系统经营者能获得多少政府补贴的重要资料,致使光伏发电站所采用的网络系统扮演了关键性的角色。

 

虽然光伏系统可搭配有线网络或无线网络来传输数据,但若想要快速完成网络系统的建置,又想免除拉线施工的麻烦,具有机动性又不受实体缆线牵绊的无线网络是最佳选择。研华高速通讯的工业级无线网络解决方案能提供用户既强固又值得信赖的无线通信系统,而专业的工程团队则能根据使用端所面临的各种难题进行系统优化的规划,进而协助客户为其光伏应用迅速建构出最具成本效益的网络系统。

 

系统需求:

由中国财政部、科技部、国家能源局联合推动的「金太阳示范工程」,在连续几年的积极推广下成功地敲开了国内光伏应用市场的大门,并缔造了今日中国光伏产业的荣景。而为了呼应此一能源计划,知名企业巨力集团也善用了自家位于河北省保定市的厂房,打算在屋顶安装一系列的光伏系统。由于一开始只在一个厂房进行小规模的试验,因此系统直接利用企业原有的有线网络来传送数据,而随着发电成效良好,该公司意欲扩大兴建范围,在占地2000平方米、囊括三个厂区、18座厂房的总厂区内陆续装设光伏系统,但为了不让庞大的光伏数据占用现有的网络带宽进而影响传输质量,新的光伏发电监控项目必须搭配新的网络系统来传送光伏前端的数据数据。

 

考虑到现场覆盖面积较广且需要远距离的传输,而光纤网络不但有成本偏高、布线复杂、施工期过长的缺点,布线施工过程中还会出现需要挖墙、钻洞、埋线,甚至破坏建筑物原有装潢等问题,因此为了早日完成光伏系统的建置,巨力集团评估后决定选用易于安装、方便扩充的无线网络系统。由于新系统是设置在户外的应用,西北地区冬寒夏热的天气型态使得无线网络系统必须是提供工业级防护并获得国际认证的产品。再则,因为厂房屋顶将加装视频摄像头进行监测,所以足够的网络带宽来传送光伏数据与视频数据是新系统必备的条件。而为了避免传统AP桥接时易造成带宽损耗过多的问题,同时还要兼顾节省网络建置成本与系统可扩充性等需求,事前进行完善的网络架构规划是必不可少的重要步骤,藉此配置出可确保稳定传输又能满足日后扩充需求的无线网络系统。

 

系统概述:

研华运用两款EKI产品以主干Mesh网络搭配多个无线AP节点建构出一套符合客户快速布建、稳定传输、节省成本等需求的解决方案。其中,主干基站采用的是曾获中国创新产品奖的EKI-6340-3,其能以绝佳的可扩展性与灵活性为用户部署优化的无线网络系统。譬如透过其所提供的三个射频接口(radio interface)可让遍及各厂区的多个无线AP互联通讯、同时又能组建具有冗余功能的Mesh网络,而且只要将该Mesh网络频率设在5.8GHz即能避开民用频段来确保网络的稳定运作。

 

另外,这台采用先进工业Mesh技术设计的工业无线AP,能以自组网与自恢复两大特色,让无线网络系统可以因地制宜的扩展通讯范围,而且还能在20ms内自动恢复联机以保障流畅的数据传输。由于EKI-6340-3支持新一代802.11n 2x2 MIMO无线通信标准与技术,因此不论是传送数据或影音数据都能以较高的带宽(最大传输带宽为300Mbps)和更快的速度来确保传输质量。

 

而在无线AP节点方面,研华的EKI-6331AN是一款经济实惠又功能丰富的工业级无线AP,其内建的16dBi 5.8GHz双极化(MIMO)天线,可以直接与主干基站连接,进而让用户省下天线及馈线等建置成本。还有,同样支持802.11n 2x2 MIMO无线技术则让此款无线AP能比传统的802.11a装置提供快三倍的数据传输速率。为了强化无线网络的数据安全性,EKI-6331AN所支持的WPA2/WPA/802.1x等级加密技术可以用来保护光伏系统的各项数据数据。

 

针对户外应用的保护措施,由于保定市曾在冬季出现零下十多度而夏季则有破记录的四十度以上的户外温度,因此两款符合IP国际防水防尘认证又可提供宽温作业的强固型EKI产品特别能让用户安心,因为不管是酷寒或热暑都不会影响网络系统的运作。同时研华还从长期合作的签约厂商中选配了定向天线、扇形天线、功分器、馈线防雷模块、网线防雷模块等配件,以便让设置在户外的无线装置不受风吹雷击之影响而干扰通讯质量。

架构图
(一) 无线Mesh网络拓扑图:


(二)拓扑图示说明:
1、上图中6号、14号、17号厂房的“★”代表三射频工业无线AP EKI-6340-3。(详细资料见附带产品资料)
2、其它厂房上的无线接入点均采用性价比较高的EKI-6331AN产品。(详见产品资料)
实施规划:
1、骨干基站的架设与实施
如上图所示的6号、14号及17号厂房均采用骨干基站,骨干基站为研华IP67高防护等级宽温型三射频Mesh AP,型号为EKI-6340-3。
骨干基站及天线安装示意图:



骨干基站、天线及配件见下表:

设备名称

说明

数量

EKI-6340-3

三射频基站

1

5.8GHz 23dBi骨干定向天线

用于骨干基站间通讯

2

5.8GHz 14dBi扇形天线

用于所有厂房间无线节点的覆盖通讯

2

12”功分器

将覆盖所用的1个射频接两组天线,增大覆盖角度

2

2米馈线

用于基站与天线连接

8

馈线防雷模块

用于馈线的避雷

6

网线防雷模块

用于网线的避雷

1




2、监控节点基站的架设与实施
如上图所示的1~5,7~13,15~16及18号厂房均采用节点基站,节点基站为研华IP55防护等级的高性价比无线AP产品,型号为EKI-6331AN。
EKI-6331AN通过防水胶泥及防水胶带保护后可以直接裸露在户外使用,并且其内部内置了16dBi 5.8GHz双极化(MIMO)天线,可以直接与骨干基站连接,节省了天线及馈线等成本。
节点基站及天线安装示意图:





节点基站、天线及配件见下表:

设备名称

说明

数量

EKI-6331AN

节点基站

1

5.8GHz 16 dBi定向天线

已内含(在机壳内)

0

网线防雷模块

用于网线的避雷

1

基站支架安装
基站支架示意:
   由于厂房房顶不便安装,因此建议采用以下结构的支架对基站进行安装。
安装方案(1)

安装方案(2)

 

专案导入:

Product

Description

EKI-6340-3

IEEE 802.11 a/b/g/n Wi-Fi AP/Client

EKI-6331AN

IEEE 802.11 a/n Wi-Fi AP/CPE

 

结论:

保定巨力厂房的大型光伏系统是一项使用环境严苛、网络部署繁复的项目,若没有优秀的网络产品、专业的技术背景、丰富的规划经验是很难一次性的满足客户的各种需求。研华以两款功能强大、性价比高的工业级无线AP所配置出的主从式架构之无线网络解决方案,既达到客户「快、稳、省」的要求,项目中需要的各种配件,甚至连网络支架、立杆、专用防水胶带等小细节也都一并为客户准备齐全。完善的服务不但赢得了客户高度的满意,多位造访现场实地观摩与参观的业界专家与国家领导人亦给予诸多定肯。而自2013年起分两期陆续建置完成的无线网络系统,至今仍持续稳定地运行着,也让巨力集团得以顺利达成国家光伏示范工程的目标。


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