CN101945030B - 基于modbus协议对逆变器监控的通讯方法 - Google Patents

基于modbus协议对逆变器监控的通讯方法 Download PDF

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Shanghai Niuen New Energy Science & Technology Co., Ltd.
Shanghai NJN Network Technology Co., Ltd.
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Abstract

本发明公开了一种基于MODBUS协议对逆变器监控的通讯方法。该方法通过设计一种用于太阳能光伏并网发电系统中逆变器的工况记录本地保存机流程，以及完善MODBUS协议指令，使得上层监控计算机可以完整的记录逆变器的运行情况。本发明的有益效果是：即使逆变器与监控计算机通信中断一段时间，在通信恢复以后，监控计算机也可以得到这段时间里逆变器的运行状态记录。保证了太阳能光伏电站系统所监控数据的完整性，对电站的安全运行、故障分析和处理及专家系统的运行有着重要作用。

Description

基于MODBUS协议对逆变器监控的通讯方法
技术领域
本发明涉及能源技术和工业控制领域，尤其是太阳能光伏电站逆变器的通讯技术。
背景技术
随着太阳能光伏技术的快速发展，一些大中型太阳能光伏电站已进入论证或建设阶段。然而，传统的光伏并网电站监控系统在监控逆变器时，都会实时采集逆变器的工况数据，即监控计算机下发查询指令，逆变器及时返回工况数据；监控计算机下发控制命令，逆变器及时响应和执行。鉴于MODBUS已经成为工控领域内一种流行的标准，因此目前逆变器的通讯接口大多数都采用MODBUS协议。但是目前的逆变器通讯接口存在一个问题，即当逆变器与监控计算机的通讯由于各种故障原因发生中断，监控计算机就无法得到从通讯中断到通讯恢复这个时间段内的逆变器运行情况，造成系统数据的不完整。
目前的光伏并网电站监控系统中通常都集成有专家系统。集成于监控系统中的专家系统，通过对系统数据的分析和专家判断，可以及时发现系统中存在的影响电站发电效率的非功能性故障或缺陷。例如：系统调试完成后，各子电站的发电效率和发电功率曲线有一个参考值，随着时间的推移，太阳能组件效率有一定的衰减，其他设备的损耗也逐渐加大，根据历史数据，通过时间上纵向和系统或设备间的横向分析比较和计算，再结合专家系统的经验值，可以及时发现系统中存在的影响电站发电效率的非功能性故障或缺陷。从电站长期运行来看，这将有效提高电站的发电量。
但是由于上述的通讯故障造成的系统数据不完整，很可能造成无法满足专家系统运行所需要的数据完整性和正确性的要求，这将对电站的安全运行、故障分析和处理和专家系统的运行产生严重影响，使得专家系统不具备数据分析和专家判断功能，无法给出运行决策支持，无法适应未来大中型太阳能光伏并网电站商业化运行的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于MODBUS协议对逆变器监控的通讯方法，该方法设计了一种用于逆变器的工况记录本地保存流程及完善MODBUS协议指令，使得上层监控计算机可以完整的记录逆变器的运行情况，保证整个太阳能光伏电站系统数据的完整性和准确性。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于MODBUS协议对逆变器监控的通讯方法，它包括以下具体步骤：
a、设计一种逆变器的工况记录本地保存流程
当逆变器与监控计算机通讯正常时，监控计算机以“出力记录时间间隔”主动向逆变器发出基于MODBUS协议的“查询目前状态指令0x01”和时钟同步指令0x22，逆变器及时返回当前工况，包括出力状态、故障状态和运行模式数据，或执行时钟同步操作流程；当逆变器在超过“出力记录采集时间间隔”规定的间隔时间未收到监控计算机的任何指令时，即认为出现通讯故障，逆变器将立即生成一条出力记录存储在本地；
b、完善MODBUS协议指令
在通讯正常后，监控计算机主动向逆变器发出出力记录上传指令0x02，逆变器将及时上传一条存储在本地的出力记录，上传成功后，逆变器及时删除本地的该条出力记录；如此交互多次，直到出力记录全部上传成功为止，同时逆变器也清空本地的出力记录；
其中：所述出力记录存储在逆变器的铁电存储器中，格式为二进制格式，数据域包括时间标签、交流输出电量历史累计、设备温度、直流输入电压、直流输入电流、交流输出电压、交流输出电流和交流输出频率，所述出力记录上传指令0x02完成逆变器存储出力记录上传监控计算机的流程；所述逆变器出力记录本地存储空间的管理采用基于MODBUS协议的出力记录保存成功指令0x08。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：即使逆变器与监控计算机通信中断一段时间，在通信恢复以后，监控计算机也可以得到这段时间里逆变器的运行状态记录。保证了系统所监控数据的完整性，对电站的安全运行、故障分析和处理和专家系统的运行有着重要作用。
附图说明
图1为太阳能光伏电站系统系统拓扑示意图
具体实施方式
1、MODBUS协议
MODBUS典型信息帧如下：
  起始位   设备地址   功能代码   数据   CRC校验   结束符
  T1-T2-T3-T4   8bit   8bit   n个8bit   16bit   T1-T2-T3-T4
设备地址为1-247；(0为广播地址)
常用功能代码：0x01查询目前状态
        0x02查询出力记录
        0x08出力记录保存成功
        0x22逆变器本地时钟设置
        0x20出力记录时间间隔设置
所有的通讯采用一问一答的方式进行(即同步连接)。“请求信息”由监控计算机发出，“应答信息”由逆变器返回。
表1应答码定义
Figure BSA00000241887300041
2、查询逆变器目前状态：0x01
注：以下数据格式均以单相逆变器为例。如果应用到三相逆变器，需要将交流输出字段分列为ABC三相，其余数据字段定义保持不变。
Figure BSA00000241887300042
Figure BSA00000241887300051
举例说明：
监控计算机定时请求——请求目前状态信息：
Figure BSA00000241887300052
从逆变器应答——发出目前状态信息：
Figure BSA00000241887300053
或(出错时)
Figure BSA00000241887300054
3、逆变器的工况记录本地保存机制
当逆变器在超过“出力记录采集时间间隔”规定的间隔时间未收到监控计算机的指令时，即认为出现通讯故障，逆变器将立即生成一条出力记录存储在本地铁电存储器中，格式为特定的格式，如下：
Figure BSA00000241887300055
Figure BSA00000241887300061
由于，出力记录数据存储区域需要高速、重复和多次的读写，所以推荐在逆变器中使用铁电存储器保存出力记录，从而保证设备的可靠性。至于铁电存储器容量的大小，可根据“能承受通信中断的时间”、“出力记录采集时间间隔”和上述记录格式计算即可。
从这种工况记录本地保存机制可以看出，本地存储出力记录是为了在监控计算机与逆变器通讯不正常的情况下实时记录逆变器的工况。也就是说，监控计算机与逆变器通讯正常情况下，逆变器会根据监控计算机的指令实时上传工况。监控计算机与逆变器通讯不正常时，才会生成和本地存储出力记录。
4、逆变器存储的出力记录上传到监控计算机和逆变器本地存储空间管理
查询出力记录(0x02)，即在通讯正常后，监控计算机将会主动向逆变器发出出力记录上传指令，逆变器将及时上传一条存储在本地的出力记录，上传成功后，逆变器及时删除本地的该条出力记录。如此交互多次，直到出力记录全部上传成功为止，同时逆变器也清空本地出力记录的存储空间。
举例说明：
监控计算机发出请求命令(查询出力记录)：
Figure BSA00000241887300062
从逆变器应答(查询成功情况下)：
或(出错时)
Figure BSA00000241887300064
监控计算机收到数据后发出确认请求，以确认收到的出力记录正确：(收到数据不正确，不做应答)
Figure BSA00000241887300071
从逆变器再次应答：
Figure BSA00000241887300072
注：从上述协议可以看出，要查询一条出力记录，需要有两次交互。
5、时钟同步
与现有技术相比，本发明增加了监控计算机和逆变器时钟同步的机制。因为现有技术中，监控计算机查询到逆变器工况数据并生成记录时，以监控计算机自身的时钟来标记记录。本发明中，逆变器将在通讯中断的情况下生成和本地存储出力记录，这时也需要用时钟来标记记录，所以必须要增加监控计算机和逆变器时钟同步机制，保证记录生成时间的准确性。
Figure BSA00000241887300073
举例说明：
监控计算机发出设置命令(系统时间设置)：
Figure BSA00000241887300074
从逆变器应答：
Figure BSA00000241887300075
注：如果“逆变器目前时间”与“时间标签”的差值在“时间设置阈值”范围内，才进行时间设置。否则返回应答码14(即设备时钟同步失败(时间差超过阈值))。
另外，如果“时间设置阈值”的值为0x00，则为强制同步。即逆变器收到时钟同步指令后，不用计算“逆变器目前时间”与“时间标签”的差值，直接用“时间标签”的值设置逆变器时间。
6、出力记录时间间隔设置
Figure BSA00000241887300081
举例说明：
监控计算机发出设置命令(出力记录时间间隔设置)：
Figure BSA00000241887300082
从逆变器应答：
Figure BSA00000241887300083

Claims (1)

1.一种基于MODBUS协议对逆变器监控的通讯方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：
a、设计一种逆变器的工况记录本地保存流程
当逆变器与监控计算机通讯正常时，监控计算机以“工况记录时间间隔”主动向逆变器发出基于MODBUS协议的“查询目前状态指令0x01”和时钟同步指令0x22，逆变器及时返回应答信息，包括工况状态、故障状态和运行模式数据，或执行时钟同步操作流程；当逆变器在超过“工况记录时间间隔”规定的间隔时间未收到监控计算机的任何指令时，即认为出现通讯故障，逆变器将立即生成一条工况记录存储在本地；
b、完善MODBUS协议指令
在通讯正常后，监控计算机主动向逆变器发出工况记录上传指令0x02，逆变器将及时上传一条存储在本地的工况记录，上传成功后，逆变器及时删除本地的该条工况记录；如此交互多次，直到工况记录全部上传成功为止，同时逆变器也清空本地的工况记录；
其中：所述工况记录存储在逆变器的铁电存储器中，格式为二进制格式，数据域包括时间标签、交流输出电量历史累计、设备温度、直流输入电压、直流输入电流、交流输出电压、交流输出电流和交流输出频率，所述工况记录上传指令0x02完成逆变器存储工况记录上传监控计算机的流程；所述逆变器工况记录本地存储空间的管理采用基于MODBUS协议的工况记录保存成功指令0x08。
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