一、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)在光伏并網(wǎng)箱中的應(yīng)用背景
二、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)核心功能模塊設(shè)計(jì)
（一）數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理功能
多源數(shù)據(jù)接入
采集光伏并網(wǎng)箱內(nèi)電氣參數(shù)：直流 / 交流電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等（通過電流互感器、電壓傳感器）。
環(huán)境數(shù)據(jù)采集：箱體溫度、濕度、光照強(qiáng)度（用于 MPPT 優(yōu)化）、振動(dòng)信號(hào)（設(shè)備故障預(yù)警）。
設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測：斷路器、熔斷器、接觸器的開關(guān)狀態(tài)，散熱風(fēng)扇運(yùn)行參數(shù)。
數(shù)據(jù)預(yù)處理
異常值過濾（基于 3σ 原則）、噪聲消除（滑動(dòng)平均濾波）、數(shù)據(jù)歸一化，減少無效數(shù)據(jù)傳輸。
數(shù)據(jù)緩存機(jī)制：本地存儲(chǔ) 72 小時(shí)歷史數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)持續(xù)記錄，恢復(fù)后批量上傳。
（二）實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷功能
運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測
實(shí)時(shí)計(jì)算并網(wǎng)箱效率、電能質(zhì)量指標(biāo)（THD 總諧波畸變率、電壓偏差），生成趨勢曲線。
動(dòng)態(tài)顯示功率流向（光伏發(fā)電→儲(chǔ)能→電網(wǎng)），支持可視化界面本地查看。
故障預(yù)警與診斷
內(nèi)置故障知識(shí)庫，支持過流、過壓、短路、孤島效應(yīng)等異常狀態(tài)識(shí)別。
基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障定位算法（如隨機(jī)森林模型），定位故障元件（如熔斷器、逆變器模塊）。
故障時(shí)觸發(fā)本地聲光報(bào)警，并通過短信 / APP 推送至運(yùn)維人員。
（三）本地控制與優(yōu)化功能
自適應(yīng)控制策略
動(dòng)態(tài)調(diào)整并網(wǎng)開關(guān)邏輯：根據(jù)電網(wǎng)電壓波動(dòng)自動(dòng)切離 / 接入，滿足《GB/T 19964-2012 光伏發(fā)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。
協(xié)同光伏逆變器實(shí)現(xiàn) MPPT（功率點(diǎn)跟蹤），優(yōu)化發(fā)電效率（提升 3%-5%）。
能量管理優(yōu)化
本地制定儲(chǔ)能充放電策略：低谷時(shí)段充電、高峰時(shí)段放電，降低用電成本。
支持微電網(wǎng)孤島運(yùn)行控制，電網(wǎng)停電時(shí)維持關(guān)鍵負(fù)荷供電。
（四）通信與協(xié)議轉(zhuǎn)換功能
多協(xié)議適配
通信方向 協(xié)議類型 應(yīng)用場景 設(shè)備接入 Modbus RTU/ASCII、CANopen 連接傳感器、智能儀表 邊緣 - 云端 MQTT、HTTP/HTTPS 數(shù)據(jù)上傳、遠(yuǎn)程配置 邊緣 - 邊緣 OPC UA、AMQP 多并網(wǎng)箱協(xié)同控制 網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)
支持 4G/5G、Wi-Fi、光纖多鏈路備份，通信中斷時(shí)自動(dòng)切換。
邊緣節(jié)點(diǎn)間建立 P2P 通信，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)共享（如相鄰電站功率調(diào)度）。
（五）安全與管理功能
信息安全防護(hù)
數(shù)據(jù)傳輸加密（AES-256）、設(shè)備身份認(rèn)證（TLS 證書），防止惡意攻擊。
固件升級(jí)簽名驗(yàn)證，避免非法固件植入。
運(yùn)維管理功能
遠(yuǎn)程配置節(jié)點(diǎn)參數(shù)（采樣頻率、報(bào)警閾值），支持 OTA（空中升級(jí)）。
生成運(yùn)維報(bào)告：設(shè)備健康度評分、故障統(tǒng)計(jì)、維護(hù)建議（如熔斷器更換周期預(yù)測）。
三、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件與軟件架構(gòu)
（一）硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
核心處理器：選用低功耗工業(yè)級(jí)芯片（如 ARM Cortex-A53/A72）或邊緣計(jì)算專用 SoC（如 NXP i.MX 8M、瑞芯微 RK3588），算力≥2TOPS（支持 AI 推理）。
接口配置：
模擬量接口：8 路以上 ADC（16 位精度），用于電壓 / 電流采樣。
數(shù)字量接口：16 路 DI/DO，控制開關(guān)器件。
通信接口：2 路以太網(wǎng)、2 路 RS485/RS232、1 路 CAN 總線。
環(huán)境適應(yīng)性：
寬溫設(shè)計(jì)（-40℃~+70℃），防護(hù)等級(jí) IP65，適應(yīng)戶外光伏場景。
抗電磁干擾（符合 EN 61000-6-2 標(biāo)準(zhǔn)），防止電網(wǎng)諧波干擾。
（二）軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)
操作系統(tǒng)：輕量級(jí)實(shí)時(shí) OS（如 FreeRTOS、Zephyr）或嵌入式 Linux（如 Buildroot 定制系統(tǒng)）。
邊緣計(jì)算框架：集成 EdgeX Foundry、KubeEdge 等開源框架，支持容器化部署（Docker）。
算法模塊：
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（InfluxDB Edge）存儲(chǔ)時(shí)序數(shù)據(jù)，查詢延遲＜50ms。
機(jī)器學(xué)習(xí)庫（TensorFlow Lite、ONNX Runtime）運(yùn)行故障預(yù)測模型。
四、典型應(yīng)用場景與價(jià)值
場景 1：偏遠(yuǎn)光伏電站無人值守
邊緣節(jié)點(diǎn)獨(dú)立完成故障診斷與本地切機(jī)，減少運(yùn)維人員現(xiàn)場巡檢頻次（降低 30% 運(yùn)維成本）。場景 2：電網(wǎng)擾動(dòng)快速響應(yīng)
當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，邊緣節(jié)點(diǎn)在 10ms 內(nèi)執(zhí)行低電壓穿越（LVRT）策略，符合電網(wǎng)并網(wǎng)要求。場景 3：多能源協(xié)同優(yōu)化
結(jié)合氣象預(yù)報(bào)與邊緣計(jì)算，提前調(diào)整光伏 - 儲(chǔ)能 - 柴油發(fā)電機(jī)的協(xié)同策略，提升系統(tǒng)供電可靠性。
五、設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)
電氣安全：GB/T 3805-2021《電氣安全操作規(guī)程》
并網(wǎng)規(guī)范：GB/T 29319-2012《光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》
邊緣計(jì)算：《邊緣計(jì)算 術(shù)語》（T/CCSA 263-2019）
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