CN106487422B - 用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式，是通过光伏组件之间传输直流电能的单根联接导线进行载波通信。将光伏组件串列分成若干通信段，将第一组件的监测模块作为主机，间隔若干组件的监测模块作为段主机，其它组件的监测模块作为从机；主机及各段主机通过主从通信方式收集各自段内组件监测模块的监测数据，各段主机将收集到的本段内的全部监测数据通过手拉手通信方式传送给主机，保证光伏组件之间数据传输的可靠性；主机将整个组件串列的监测数据通过无线通信方式传送至光伏电站的汇流箱模块，再通过无线通信方式传送至直流配电柜模块，再通过光纤以太网传送至监控中心，由监控中心进行数据分析处理。

Description

用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信。

背景技术

目前，随着光伏电站规模的不断扩大，在大规模光伏电站中的故障监测成为维护光伏电站安全稳定运行面临的重要课题。

目前对光伏电站的故障监测大多集中在光伏组件串列或阵列、逆变器和系统级，实际工程应用很少针对光伏组件进行监测。光伏组件作为光伏电站的关键设备部件之一，其工作性能的好坏直接影响着光伏电站的运行。在工程实际运行中发现，由于阴影遮挡、灰尘等对单个组件的影响较大，如果不对故障组件进行有效地检测，将会严重影响光伏电站的安全运行。因而，对光伏组件串列中的每个光伏组件的性能进行监测，对出现故障的光伏组件迅速进行定位识别进而排除故障，有助于提高整体光伏发电的可靠性和安全性。

现有光伏组件的故障判断是根据测得的相应组件串的电压、电流及计算出的功率等参数，对比同1个支架内相邻组件串、相同序号的差值进行人工观察或仪器仪表测试，判断故障组件的位置；或通过搭建小规模实验平台，用一些“智能”算法判断故障组件的位置，搭建的实验平台组件串的数量远不及实际电站，而且有的算法还需要借用人工判断，这些算法大多仅有理论意义，实际应用有局限性或根本不可行。因此，需借用通信技术，将采集的各光伏组件运行参数传至监控中心进行分析判断。

对现有光伏组件间通信技术的研究，主要有三种：采用无线通信方式，基于无线传感器网络，对组件的状态进行远程在线监测，但是无线传感网络技术复杂、成本高、占用频率资源多(实际光伏电站的光伏组件数量数以几十万计)，仅仅适合在中小规模的光伏电站使用，不适合解决大规模光伏电站光伏组件间的通信；采用红外无线通信技术传输组件所测得的参数，因为红外无线通信需对射，需将接线盒入出导线并在一个孔内，另一个孔装红外对射管，但是电池板背面的边沿有一定高度，影响红外光的对射，且入出导线的孔需扩孔，现场安装不便、不实用；用20mA电流环进行光伏组件间的载波通信，因光伏组件之间是用单一导线进行联接的，不增加新的布线不可能构成电流环路，不是真正意义上的单一导线载波通信。

现有常规直流电力线载波通信，具有载波信号大、通信距离远，且有大量的模块产品可用，但需借助直流正负极的二线进行载波通信，因此常规直流电力线载波通信，在不增加新的布线的情况下，不能用于光伏组件间的通信。

综上可见，针对大型光伏发电站中光伏组件之间的数据传输问题，目前尚没有可以直接用于光伏组件之间的单根联接导线上进行载波通信的解决方案，本发明的目的在于：依靠组件之间的直流单导线实现载波通信，主要解决的是大型光伏电站中光伏组件之间通信的问题，并依靠段内主从、段间手拉手通信方式，保证对各组件监测模块所采集的监测数据可靠传输。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式，通过光伏组件之间传输直流电能的单根联接导线进行载波通信，不需要铺设地线，可以解决大型光伏发电站中的光伏组件之间的数据传输问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式。该用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式包括：通过用于光伏组件之间传输直流电能的单根联接导线进行载波通信，将光伏组件串列分成多个通信段，其中，光伏组件串列包括多个光伏组件，多个光伏组件与多个监测模块一一对应，多个监测模块分别用于采集对应的光伏组件的监测数据；将光伏组件串列中的第一光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的主机，将与主机间隔预设个数的光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的段主机，并将多个光伏组件中除主机和段主机之外的光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的从机，其中，多个通信段包括具有主机和从属于主机的从机的通信段，以及具有段主机和从属于段主机的从机的通信段；在多个通信段的段内采用主从通信方式，并在多个通信段的段间采用手拉手通信方式，其中，主机用于将多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据以及光伏组件串列的地址封装于组件串列上报帧中，并将组件串列上报帧通过无线通信方式传送给光伏电站的汇流箱模块，汇流箱模块用于通过无线通信方式将组件串列上报帧传送给直流配电柜模块，直流配电柜模块用于通过光纤以太网将串列上报帧传送给监控中心，监控中心用于对串列上报帧中的数据进行处理。

进一步地，在多个通信段的段内采用主从通信方式包括：主机通过直流单导线载波通信方式依次发送测试命令帧至主机所在的通信段的从机，主机所在的通信段的从机根据测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将监测数据和主机所在的通信段的从机的地址封装于本通信段内的段内上报帧中，主机所在的通信段的从机通过直流单导线载波通信方式依次将的段内上报帧传输给主机；

主机通过直流单导线载波通信方式依次发送测试命令帧至每个通信段的段主机，每个通信段的段主机在接收到主机所发的测试命令帧后，依次发送测试命令帧至每个通信段的段主机所在的通信段的从机，每个通信段的从机根据测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将监测数据和每个通信段的段主机所在的通信段的从机的地址封装于段内上报帧中，每个通信段的从机以直流单导线载波通信方式依次将的段内上报帧传输给段主机。

在多个通信段的段间采用手拉手通信方式包括：主机将主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的监测数据和主机所在的通信段的段地址封装于本通信段的段间上报帧中；

主机通过直流单导线载波通信方式依次地发送测试命令帧至每个通信段的段主机，每个通信段的段主机将每个通信段的段主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的光伏组件的监测数据和每个通信段的段地址封装于每个通信段的段间上报帧中；每个通信段的段主机通过直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机；

主机通过直流单导线载波通信方式依次地发送测试命令帧至每个通信段的段主机，是按通信段及段主机的编排顺序进行的，非邻近主机所在通信段的段主机接收主机发送的测试命令帧，是通过主机与非邻近主机所在通信段之间的段主机一对一顺序地转发的；通信段的段主机通过直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机，非邻近主机所在通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机，是通过主机与非邻近主机所在通信段之间的段主机一对一地转发的。

进一步地，多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据包括电压、电流、温度和水浸参数，监测数据封装于数据上报帧中。

本发明实施例所提供的用于光伏组件之间的直流单导线载波通信过程中涉及到的数据帧主要四种：主机及各段主机发送给各从属组件监测模块测试命令帧，该命令帧包括帧头、帧长、命令、地址、校验、帧尾，共包含5个字节；各从属组件监测模块将所采集的监测数据及本组件地址上传给主机或段主机的段内测试上报帧，该段内测试上报帧包括帧头、帧长、地址、水浸、温度数据、电压数据、电流数据、校验、帧尾，共包含9个字节；各段主机接收到主机或前面段主机的测试命令帧后，将接收到的本段内的全部监测数据及段地址上传至主机或前面段主机的段间上报帧，该段间测试上报帧包括帧头、帧长、地址、状态、水浸、段内每个组件的温度数据、电压数据、电流数据、校验和帧尾，共包含26个字节；主机将各光伏组件监测模块所采集的监测数据及本组件串列地址封装于组件串列上报帧中，该数据上报帧包括帧头、帧长、地址、状态、时间、水浸、整个光伏组件串列内每个组件的温度数据、电压数据、电流数据、校验和帧尾，共包含94个字节。

本发明实施例提供了一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信，这种通信是在段内实行主从通信、段间采用手拉手通信的方式进行的。在这种单导线载波通信中，帧长度以字节为单位包含8个码元，若1位码元对应48个载波，载波频率为Vkhz/s，光伏组件通信段中从属组件监测模块的个数为M，光伏组件通信段的个数为N，至整个光伏组件串列的最后一个组件模块测试完成并将数据转发给作为主机的1号组件模块，共需传输时间为：

主从通信测试传输需时：(命令帧长度+段内测试上报帧长度)×M×8×48×N/V×1000；

段间手拉手传输需时：((命令帧长度+段间测试上报帧长度)+((命令帧长度+2×段间测试上报帧长度)+...+(命令帧长度+(N-1)×段间测试上报帧长度))×8×48/V×1000；

传输总需时＝主从通信测试传输需时+段间手拉手传输需时。

以一个光伏组件串列包含20个光伏组件、分为四个通信段为例，在载波频率为200kkz时，至第20号组件模块测试完成并将数据转发给主机的1号组件模块，共需传输时间为0.7584s。

这种载波通信方式的优点在于监测和数据传输时间较短、电路中无需AGC电路，且各组件模块间通信时的信噪比和误码率相同，数据传输的可靠性较高，但是其控制程序略复杂。

本发明的技术特点是：不需要铺设地线，现场安装方便；对采集到的光伏组件监测数据的通信时间短，数据传输可靠性高。通过光伏组件之间传输电能的单根联接导线在多个光伏组件的监测模块之间建立直流单导线载波通信，解决了大型光伏发电站中光伏组件之间在不增加地线的情况下基于组件之间传输电能的单根联接导线实现的数据传输问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种光伏组件串列通信的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件之间的通信过程的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件之间通信的命令帧的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件监测模块之间通信的段内测试上报帧的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件监测模块之间通信的段间测试上报帧的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种光伏组件串列的数据上报帧的示意图；以及

图7是根据本发明实施例的一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信过程的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种用于光伏组件间的直流单导线载波通信方式。

图1是根据本发明实施例的一种光伏组件串列通信的结构示意图。如图1所示，该实施例以一个光伏组件串列包含20个光伏组件(1^#至20^#)为例，其中，1^#光伏组件的监测模块为该光伏组件串列的主机，光伏组件串列中的各个光伏组件之间为串联结构，每个光伏组件配备有用于数据采集和监测的监测模块，各光伏组件监测模块之间利用传输电能的单根联接导线相联接，采用载波通信方式传输组件监测模块采集和监测的数据，最后将该光伏组件串列中的各个光伏组件监测模块所采集到的监测数据汇集到作为该光伏组件串列的主机,即1^#光伏组件的监测模块上，主机将光伏组件串列中的各个光伏组件监测模块所采集到的监测数据和本组件串列地址，封装于组件串列上报帧中，通过无线通信方式传送给光伏电站的汇流箱模块，再以无线通信方式传送给直流配电柜模块，再经光纤以太网传送给监控中心，由监控中心进行数据分析处理。

图2是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件之间的通信过程的示意图。如图2所示，将由20个光伏组件串联而成的光伏组件串列分成通信段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4段，得到光伏组件通信Ⅰ段、光伏组件通信Ⅱ段、光伏组件通信Ⅲ段和光伏组件通信Ⅳ段。其中，1^#光伏组件的监测模块为该光伏组件串列的主机，6^#光伏组件、11^#光伏组件、16^#光伏组件的监测模块分别设为各通信段的主机，即段主机，其它光伏组件的监测模块分别为它们所在通信段的从机。主机及段主机与各通信段中所属的从机之间采取主从半双工通信方式；主机与光伏组件通信Ⅱ段、光伏组件通信Ⅲ段和光伏组件通信Ⅳ段的段主机之间采取手拉手通信方式，也即，1^#光伏组件、6^#光伏组件、11^#光伏组件和16^#光伏组件的监测模块之间采取手拉手通信方式。其中，1^#光伏组件、6^#光伏组件、11^#光伏组件和16^#光伏组件与图1所示的光伏组件串列通信的结构中的作用相同，此处不再赘述。

需要说明的是，本说明书里所述的主机、段主机以及从机都是指对应的光伏组件的监测模块，而不是指光伏组件本身，光伏组件之间的载波通信也是指光伏组件的监测模块之间通过光伏组件之间传输电能的直流单一导线进行的通信。

本发明实施例的具体工作方式如下：将光伏组件串列分成通信段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4段，在段内实行主从通信方式，段间采用手拉手通信方式。光伏组件通信Ⅰ段的主机向其段内的从机发送测试命令帧，也即，通信Ⅰ段的1^#光伏组件的监测模块依次向2^#光伏组件的监测模块至5^#光伏组件的监测模块发送测试命令帧，通信Ⅰ段内的各从机在接收到测试命令帧之后开始采集监测数据，也即，通信Ⅰ段的2^#光伏组件的监测模块至5^#光伏组件的监测模块在接收到测试命令帧之后开始采集监测数据，并将采集的监测数据及本组件地址封装于段内测试上报帧中，上报给1^#光伏组件的监测模块，即在一个通信段的段内采用半双工的主从通信方式。在通信Ⅰ段的主机收集完段内各从机所采集的监测数据后，通信Ⅰ段的主机向通信Ⅱ段的段主机发送包含通信Ⅱ段地址的测试命令帧，通信Ⅱ段的段主机和其段内各所属的从机通信方式，与通信Ⅰ段的主机与其段内从机的通信方式相同，也即，1^#光伏组件的监测模块向6#组件的监测模块发送测试命令帧，通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块重复上述通信Ⅰ段的1^#光伏组件的监测模块的通信过程，向通信Ⅱ段的7^#光伏组件的监测模块至10^#光伏组件的监测模块发送测试命令帧。当6^#光伏组件的监测模块将通信Ⅱ段内从机的监测数据收齐后连同自身的监测数据及段地址一起封装于段间测试上报帧，该段主机直接以载波通信方式传送给主机。同理，通信Ⅲ段和通信Ⅳ段的段内主从通信过程与光伏组件通信Ⅰ段及Ⅱ段相同，而它们的测试命令帧和段间测试上报帧需要通过相邻通信段的段主机的转发，来实现发送测试命令及段内监测数据的传输。即通信Ⅰ段的主机给通信Ⅱ段的段主机发测试通信Ⅲ段的测试命令(命令帧中含有通信Ⅲ段的地址)，通信Ⅱ段的段主机向通信Ⅲ段的段主机转发该测试命令帧，通信Ⅲ段的段主机收到该测试命令帧后，同样以主从通信方式收集本段内各从机的监测数据，其在收集完本段内的全部监测数据后，将监测数据及本段地址封装于段间测试上报帧中，直接以载波通信方式将采集的段内监测数据及段地址传输给通信Ⅱ段的段主机，通信Ⅱ段的段主机再直接转发给通信Ⅰ段的主机，在段间采用手拉手通信方式进行数据传输。通信Ⅳ段的通信过程与通信Ⅲ段类似，只是通信Ⅳ段接收通信Ⅰ段主机的测试命令帧及其上报给主机的本段地址和段内监测数据要经过通信Ⅲ段的段主机转发。最后，作为该光伏组件串列的主机即1^#光伏组件的监测模块将光伏组件串列中的各个光伏组件监测模块所采集到的监测数据(包括1^#光伏组件的监测模块采集和监测的数据)和本组件串列地址，封装于组件串列上报帧中，通过无线通信方式传送给光伏电站的汇流箱模块，再以无线通信方式传送给直流配电柜模块，再经光纤以太网传送给监控中心，由监控中心进行数据分析处理。

图3是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件之间通信的命令帧的示意图。如图3所示，测试命令帧用于主机或各通信段的段主机向其通信段内的从机发出的测试命令，也用于该光伏组件串列的主机向各通信段的段主机及段主机向下一通信段的段主机发出的测试命令。该命令帧包含5个字节，其中，帧头为1个字节，8比特，用于命令帧的开始标志，设置为01111110；帧长为8比特；命令为2比特，其中，01＝命令段测试，10＝命令段内测试，11＝重传；地址为6比特，其中，高2比特位设置为00，接下来的2比特设置为段地址，最后的2比特设置为段内地址。此外，命令帧中还设置了8比特的校验和8比特的帧尾，其中，校验采用CRC校验，帧尾的字节内容与帧头相同，用来确定命令帧是否准确无误地达到目的地址，从而保证了数据传输的可靠性。

图4是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件监测模块之间通信的段内测试上报帧的示意图。如图4所示，段内测试上报帧用于各通信段的从机向其通信段内的主机或段主机传输其所采集的监测数据及组件地址。该段内测试上报帧包含9个字节，其中，帧头1个字节，8比特，用于段内测试上报帧的帧起始标志，设置为01111110；帧长为8比特；地址为6比特，其中，高2比特设置为10，接下来的2比特为段地址，最后的2比特设置为段内地址；水浸为2比特，其中00＝无水浸，11＝有水浸，01＝无应答(连续3次)，接下来的8比特为温度数据、12比特为电压数据、12比特为电流数据，最后的2个字节依然用于校验和帧尾，以保证数据传输的可靠性。

图5是根据本发明实施例的一种光伏组件串列中的光伏组件监测模块之间通信的段间测试上报帧的示意图。如图5所示，段间测试上报帧用于将本段内的全部监测数据及段地址依次地通过段主机之间的载波通信传送给主机，以手拉手通信方式进行数据传输。该段间测试上报帧包含26个字节，其中，帧头1个字节，8比特，用于段间测试上报帧的帧起始标志，设置为01111110；帧长为8比特；地址为6比特，其中，高2比特为11，接下来的2比特为段地址，最后的2比特为段内地址；状态为2比特，其中10＝主动报警，11＝重传，00＝无应答(连续三次)；水浸为8比特。该段间测试上报帧中的No1至No5为该通信段内的段主机以及4个从机所采集的监测数据，即图4所示的段内测试上报帧中4字节的温度、电压、电流数据，No1至No5共计20个字节；最后2个字节依然用于校验和帧尾。

图6是根据本发明实施例的一种光伏组件串列的数据上报帧的示意图。如图6所示，该数据上报帧是以光伏组件串列为单位，用于该光伏组件串列的主机向汇流箱传输的本串列的全部监测数据及本组件串列的地址。该数据上报帧包含94个字节，其中，帧头为1个字节，用于数据上报帧的帧起始标志，设置为01111110；帧长为8比特；地址为12比特，其中，高4比特位为区域号(防误认)，接下来的4比特位为汇流箱编号，接下来的4比特为第1至第16光伏组件串列的串列号(其中，在该实施例里设置一个汇流箱接收来自16个光伏组件串列的数据)；状态为4比特，其中0010＝请求对时，1000＝主动上报；0000＝拒绝测试(当电压电流值低时)；时间为16比特，水浸为8比特；该帧中No1至No20为光伏组件串列上报的监测数据，即图5所示的各光伏组件通信段20字节的监测数据，4个光伏组件通信段共计80个字节；该数据上报帧还包括了32比特的CRC校验，以及最后1个字节依然用于帧尾。

图7是根据本发明实施例的一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信过程的流程图。如图7所示，用于光伏组件间的直流单导线载波通信方法包括以下步骤：

步骤S701，将光伏组件串列分成多个通信段。

光伏组件串列包括多个光伏组件，多个光伏组件与多个监测模块一一对应，多个监测模块分别用于采集对应的光伏组件的监测数据。

步骤S702，将光伏组件串列中的第一光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的主机，将与主机间隔预设个数的光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的段主机，并将多个光伏组件中除主机和段主机之外的光伏组件对应的监测模块确定为光伏组件串列的从机。

多个通信段包括具有主机和从属于主机的从机的通信段，以及具有段主机和从属于段主机的从机的通信段。

步骤S703，在多个通信段的段内采用主从通信方式，并在多个通信段的段间采用手拉手通信方式。

主机用于将多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据以及光伏组件串列的地址封装于组件串列上报帧中，并将组件串列上报帧通过无线通信方式传送给光伏电站的汇流箱模块，汇流箱模块用于通过无线通信方式将组件串列上报帧传送给直流配电柜模块，直流配电柜模块用于通过光纤以太网将串列上报帧传送给监控中心，监控中心用于对串列上报帧中的数据进行处理。

可选地，在多个通信段的段内采用主从通信方式包括：主机通过直流单导线载波通信方式依次发送测试命令帧至主机所在的通信段的从机，主机所在的通信段的从机根据测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将监测数据和主机所在的通信段的从机的地址封装于本通信段内的段内上报帧中，主机所在的通信段的从机通过直流单导线载波通信方式依次将的段内上报帧传输给主机；

主机通过直流单导线载波通信方式依次发送测试命令帧至每个通信段的段主机，每个通信段的段主机在接收到主机所发的测试命令帧后，依次发送测试命令帧至每个通信段的段主机所在的通信段的从机，每个通信段的从机根据测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将监测数据和每个通信段的段主机所在的通信段的从机的地址封装于段内上报帧中，每个通信段的从机以直流单导线载波通信方式依次将的段内上报帧传输给段主机。

在多个通信段的段间采用手拉手通信方式包括：主机将主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的监测数据和主机所在的通信段的段地址封装于本通信段的段间上报帧中；

主机通过直流单导线载波通信方式依次地发送测试命令帧至每个通信段的段主机，每个通信段的段主机将每个通信段的段主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的光伏组件的监测数据和每个通信段的段地址封装于每个通信段的段间上报帧中；每个通信段的段主机通过直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机；

主机通过直流单导线载波通信方式依次地发送测试命令帧至每个通信段的段主机，是按通信段及段主机的编排顺序进行的，非邻近主机所在通信段的段主机接收主机发送的测试命令帧，是通过主机与非邻近主机所在通信段之间的段主机一对一顺序地转发的；通信段的段主机通过直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机，非邻近主机所在通信段的段主机将通信段的段间上报帧传输给主机，是通过主机与非邻近主机所在通信段之间的段主机一对一地转发的。

可选地，多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据包括电压、电流、温度和水浸参数，监测数据封装于数据上报帧中。

在光伏电站中，光伏组件也即为太阳能电池板，通过太阳能电池片串并联构成，其中，太阳能电池片可以由电池单元构成。多个光伏组件通过串联构成光伏组件串列，以获得光伏电站的大电流和大电压。将光伏组件串列划分成多个段，得到多个光伏组件通信段。可选地，该光伏组件通信段至少包括两个或者两个以上的光伏组件。

举例而言，由20个光伏组件组成一个光伏组件串列，该光伏组件串列中的各个光伏组件为串联结构，每个光伏组件配备有用于数据采集和监测的监测模块。将该20个光伏组件组成的光伏组件串列分成4个光伏组件通信段实现组件的监测模块之间的通信，分别为光伏组件通信Ⅰ段、光伏组件通信Ⅱ段、光伏组件通信Ⅲ段和光伏组件通信Ⅳ段。

在划分由多个光伏组件串联得到的光伏组件串列，得到多个光伏组件通信段之后，在多个光伏组件通信段的段内建立主从半双工通信，这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行，也即，通信段内的每一个组件的监测模块可以是发送端，也可以是接收端，但在同一时刻里，信息只能有一个传输方向。可选地，在多个光伏组件通信段的段内建立主从半双工通信方式。

在划分由多个光伏组件串联得到的光伏组件串列，得到多个光伏组件通信段之后，在多个光伏组件通信段的段间建立手拉手通信。

通过在多个光伏组件通信段的段内实行半双工通信方式，并且在多个光伏组件通信段的段间建立的手拉手通信方式，将多个光伏组件的监测数据通过主机以无线通信方式传送至光伏电站的汇流箱模块，汇流箱模块再通过无线通信方式传送至直流配电柜模块，直流配电柜模块再通过光纤以太网传送至监控中心，其中，第一主机为光伏组件串列的主机，监控中心用于对监测数据执行处理。

该实施例通过多个光伏组件之间的传输电能的单根连接导线在多个光伏组件的监侧模块之间建立直流单导线载波通信，每个光伏组件的两端设置有耦合电路，每个光伏组件的监测模块用于发送和接收载波信号，载波信号通过耦合电路耦合至每个光伏组件的两端的直流单导线上并且经过直流单导线实现数据的传输。

可选地，光伏组件之间利用组件之间的传输电能的单根联接导线传递上述监测数据，每个光伏组件配备有用于数据采集和监测的监测模块，该监控模块用于发送和接收载波信号，对多个光伏组件通信段中的光伏组件的数据进行采集和监控，该监控模块包括用于电压采集、电流采集、以及温度采集的数据采集电路，还包括水浸采集电路，由单片机控制采集电路的工作。该监控模块可以定时地分别对光伏组件的数据进行采集和监控，从而确保对光伏组件的能定时进行监测。其中，监测数据包括对故障光伏组件的监测数据，通过对故障光伏组件进行有效地监测，得到故障光伏组件的监测数据，进而为故障光伏组件的定位和维修提供支持。

该实施例通过划分由多个光伏组件串联得到的光伏组件串列，得到多个光伏组件通信段；通过主从半双工通信和手拉手通信将多个光伏组件的监测数据通过主机无线传送至光伏电站的汇流箱，并通过直流柜和通信网络传送至监控中心，其中，监控中心用于对监测数据执行处理，多个光伏组件之间的传输电能的单根联接导线在多个光伏组件的监测模块之间建立直流单导线通信，多个光伏组件的每个光伏组件的两端设置有耦合电路，每个光伏组件的监测模块用于发送和接收载波信号，载波信号通过耦合电路耦合至每个光伏组件的两端的直流单导线上，实现了光伏组件之间的直流单导线载波数据通信传输。

作为一种可选的实施方式，在多个光伏组件串列通信段的各段内实行主从半双工通信包括：确定多个光伏组件串列通信段的各段内的主机或段主机，通过主机或段主机向主机或段主机所在段内的从机发送测试命令帧，其中，主机或段主机所在段内的从机用于根据测试命令帧采集主机或段主机所在段内的监测数据；以及通过主机或段主机所在段内的从机向主机或段主机发送段内测试上报帧，其中，段内测试上报帧用于将主机或段主机所在段内的监测数据上报至主机或段主机。

举例而言，光伏组件通信Ⅰ段的主机，即1^#光伏组件的监测模块，它向光伏组件通信Ⅰ段的从机，即，2^#光伏组件的监测模块、3^#光伏组件的监测模块、4^#光伏组件的监测模块和5^#光伏组件的监测模块，发送测试命令帧，光伏组件通信Ⅰ段的从机在接收测试命令帧之后，采集该通信段的各组件的监测数据，也即，2^#光伏组件、3^#光伏组件、4^#光伏组件和5^#光伏组件的监测模块在接收到测试命令帧之后开始采集对应的光伏组件的监测数据，并将该监测数据按照段内测试上报帧发送至光伏组件通信Ⅰ段的1^#光伏组件的监测模块，得到包括1#光伏组件自身的监测数据，从而实现光伏组件通信段的段内为半双工的主从通信的目的。

可选地，光伏组件串列包括除了光伏组件通信Ⅰ段之外的其它光伏组件通信段，其它光伏组件通信段内的工作方式与光伏组件通信Ⅰ段相同。

作为一种可选的实施方式，在多个光伏组件通信段的段间建立手拉手通信包括：通过光伏组件串列的主机向各段内的段主机发送测试命令帧，其中，各段内的段主机根据测试命令帧采集各段内的监测数据；以及通过各段内的段主机向主机发送段间测试上报帧，其中，段间测试上报帧用于将各段内的监测数据上报至主机，得到主机向汇流箱上报的上报数据帧，其中，通过主从半双工通信和手拉手通信将多个光伏组件的监测数据通过光伏组件串列的主机以无线通信方式传送至光伏电站的汇流箱包括：通过主从半双工通信和手拉手通信将上报数据帧通过光伏组件串列的主机以无线通信方式传送至光伏电站的汇流箱。

可选地，在将光伏组件通信Ⅰ段的监测数据按照段间测试上报帧传输至光伏组件通信Ⅰ段的主机之后，通过光伏组件通信Ⅰ段的主机向光伏组件通信Ⅱ段的段主机发送测试命令帧，比如，光伏组件通信Ⅰ段的1^#光伏组件的监测模块向光伏组件通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块发送测试命令帧，该光伏组件通信Ⅱ段与光伏组件通信Ⅰ段相邻，通过光伏组件通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块向光伏组件通信Ⅱ段的7^#光伏组件、8^#光伏组件、9^#光伏组件和10^#光伏组件的监测模块发送测试命令帧，7^#光伏组件、8^#光伏组件、9^#光伏组件和10^#光伏组件的监测模块在接收测试命令帧之后，采集监测模块所对应的光伏组件上的监测数据，并将光伏组件通信Ⅱ段的监测数据按照段内测试上报帧发送至光伏组件通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块上，得到包括光伏组件通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块自身监测数据的监测数据。在多个光伏组件通信段的段主机之间建立手拉手通信还包括：通过光伏组件通信Ⅱ段的6^#光伏组件的监测模块，将光伏组件通信Ⅱ段的监测数据按照段间测试上报帧发送至光伏组件通信Ⅰ段的1^#光伏组件的监测模块，从而实现了多个光伏组件通信段的段主机之间建立手拉手通信。可选地，光伏组件串列包括除了光伏组件通信Ⅰ段和光伏组件通信Ⅱ段之外的其它光伏组件通信段，其它光伏组件通信段的工作方式与光伏组件通信Ⅰ段和光伏组件通信Ⅱ段相同，其中，测试命令帧和段间测试上报帧需要通过相邻各光伏组件通信段的段主机的转接实现监测数据的传输，也即，光伏组件通信段的段间采用手拉手的通信方式。

举例而言，将光伏组件串列分成多个光伏组件通信段，分别为光伏组件通信Ⅰ段、光伏组件通信Ⅱ段、光伏组件通信Ⅲ段和光伏组件通信Ⅳ段，Ⅰ段包括1^#光伏组件、2^#光伏组件、3^#光伏组件、4^#光伏组件和5^#光伏组件，Ⅱ段包括6^#光伏组件、7^#光伏组件、8^#光伏组件、9^#光伏组件和10^#光伏组件，Ⅲ段包括11^#光伏组件、12^#光伏组件、13^#光伏组件、14^#光伏组件和15^#光伏组件，Ⅲ段包括16^#光伏组件、17^#光伏组件、18^#光伏组件、19^#光伏组件和20^#光伏组件，其中，1^#光伏组件的监测模块为光伏组件通信Ⅰ段的主机，6^#光伏组件、11^#光伏组件和16^#光伏组件的监测模块分别为光伏组件通信Ⅱ段、光伏组件通信Ⅲ段和光伏组件通信Ⅳ段的段主机，并将每个光伏组件通信段中除主机和段主机之外的光伏组件的监测模块确定为光伏组件串列的从机。每个光伏组件通信段的主机或段主机与每个光伏组件通信段中的从机之间实行半双工通信，也即，1^#光伏组件和2^#光伏组件、3^#光伏组件、4^#光伏组件和5^#光伏组件的监测模块之间实行半双工通信方式，6^#光伏组件和7^#光伏组件、8^#光伏组件、9^#光伏组件和10^#光伏组件的监测模块之间实行半双工通信方式，11^#光伏组件和12^#光伏组件、13^#光伏组件、14^#光伏组件和15^#光伏组件的监测模块之间实行半双工通信方式，16^#光伏组件和17^#光伏组件、18^#光伏组件、19^#光伏组件和20^#光伏组件的监测模块之间实行半双工通信方式，1^#光伏组件、6^#光伏组件、11^#光伏组件和16^#光伏组件的监测模块之间建立手拉手通信，保证了光伏组件通信段的各个光伏组件的监测模块之间的监测数据传输距离短，通信时间短，保证了数据传输的可靠性及载波通信的有效进行。

可选地，在通过光伏组件通信Ⅱ段的6#光伏组件的监测模块将光伏组件通信Ⅱ段的监测数据按照段间测试上报帧发送至光伏组件通信Ⅰ段的1#光伏组件的监测模块之后，1#光伏组件的监测模块获取光伏组件通信Ⅰ段的监测数据和光伏组件通信Ⅱ段的监测数据，并将光伏组件通信Ⅰ段的监测数据和光伏组件通信Ⅱ段的监测数据按照数据上报帧的形式传输至监控中心，监控中心对光伏组件通信Ⅰ段的监测数据和光伏组件通信Ⅱ段的监测数据执行处理。光伏组件串列包括除了光伏组件通信Ⅰ段和光伏组件通信Ⅱ段之外的其它光伏组件通信段，其它光伏组件通信段的工作方式与光伏组件通信Ⅰ段和光伏组件通信Ⅱ段相同，其中，测试命令帧和段间测试上报帧需要通过相邻各光伏组件通信段的段主机的转接实现监测数据的传输，也即，光伏组件通信段的段间采用手拉手的通信方式。可选地，光伏组件通信Ⅰ段的1#光伏组件的监测模块将各个光伏组件通信段的组件的监测模块的监测数据包括1#光伏组件监测模块的监测数据收齐之后，封装成数据上报帧通过无线通信方式传送至汇流箱模块，汇流箱模块通过无线通信方式将组件串列上报帧传送给直流配电柜模块，直流配电柜模块通过光纤以太网将串列上报帧传送给监控中心，监控中心用于对串列上报帧中的数据进行处理。

需要说明的是，上述1^#至20^#光伏组件与图1所示的光伏组件串列通信的结构中的作用相同，此处不再赘述。

可选地，主机包括无线模块，以实现与汇流箱之间的无线通信进而实现与监控中心的无线通信，光伏组件串列中多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据以及光伏组件串列的地址封装于组件串列上报帧后通过无线模块无线传输至监控中心，实现了将光伏组件的监测模块上的监测数据通过作为光伏组件串列的主机以无线方式传送给光伏电站的汇流箱，然后经直流柜以及通信网络传送给监控中心，由监控中心进行数据分析、处理的目的。

可选地，光伏组件串列中光伏组件之间的数据通信通过载波通信方式实现，载波频率为Vkhz时，其有效信息速率为V÷48kb/s。该载波通信方式为直流单导线载波通信方式，光伏组件之间利用传输电能的单根联接导线采用载波通信方式传输采集和监测的数据，这样整个数据通信不需要铺设地线，现场安装方便，真正意义上实现了光伏组件之间的单导线通信，从而使得数据监控中心更加简单，成本更低，避免了占用频率资源过多的问题，更适合于大型光伏电站中的光伏组件间的通信。

该实施例的光伏组件通信段的段内实行主从半双工通信方式，各光伏组件通信段的主机向其段内的从机发出测试命令帧，用于通知从机开始采集监测数据，各光伏组件通信段的从机向其段内的主机发出段内测试上报帧，用于将各通信段内的光伏组件监测模块所采集的数据上报至各光伏组件通信段的主机；光伏组件通信段的段间采用各个光伏组件通信段的主机为手拉手的通信方式，也即，光伏组件串列的主机发出测试命令帧，用于通知各光伏组件通信段的段主机开始采集监测数据，各光伏组件通信段的段主机向光伏组件串列的主机发回段间测试上报帧，用于将光伏组件通信段采集的监测数据上报给光伏组件串列的主机，其中，测试命令帧和段间测试上报帧需要通过本光伏组件通信段的段主机和通信Ⅰ段的主机之间的光伏组件通信段的段主机转接实现监测数据的传输，最后将各光伏组件通信段采集的监测数据上报至光伏组件串列的主机，保证光伏组件之间的数据传输的可靠性，然后光伏组件串列的主机向汇流箱上报整个光伏组件串列的上报数据帧，再经过直流柜以及通信网络传送给监控中心，由监控中心对上报数据帧进行数据分析处理，进而对出现故障的光伏组件迅速进行定位识别，保障光伏电站可靠运行。

为了对光伏组件串列中的每一个光伏组件的运行参数进行数据采集、监测，进而对出现故障的光伏组件迅速地进行定位识别，从而保障光伏电站可靠地运行，本发明实施例提供直流单导线载波通信方式，通过在光伏组件间采用单导线的光伏组件通信段的段内主从半双工载波通信、光伏组件通信段的段间采用手拉手通信的方式，以实现对光伏组件的信息进行可靠地采集和监测的目的。

需要说明的是，图1中所示的光伏组件串列中的每个光伏组件配备有用于数据采集和监测的监测模块，该监测模块可以包括用于电压采集、电流采集以及温度采集的数据采集电路，以及水浸采集电路，由单片机控制采集电路的工作过程，并且将采集的数据按照图3至图6中所述的相应帧格式进行封装，然后通过耦合电路耦合到光伏组件两侧的直流单导线上并且经过直流单导线传送出去。作为该光伏组件串列的主机即，1^#光伏组件的监测模块，通过无线模块实现与汇流箱之间的无线通信。在上面的数据通信过程中，数据是在光伏组件之间的传输直流电能的单根联接导线上进行传输的，整个数据通信不需要铺设地线，真正地实现了光伏组件之间的单导线通信。另外，上述数据通信是通过载波通信方式实现的，载波频率为Vkhz时，其有效信息速率为V÷48kb/s。

本发明实施例提供了一种用于光伏组件间的直流单导线载波通信方式，其中在光伏组件的直流单导线间采用段内主从、段间手拉手，半双工载波通信，以实现对光伏组件监测模块所采集的监测数据的正确传输。将光伏组件串列分成若干个光伏组件通信段，段内实行主从式半双工通信方式，段间采用手拉手通信方式，主机将各光伏组件监测模块所采集的监测数据及本组件串列地址封装于组件串列上报帧中，通过无线通信方式传送至光伏电站的汇流箱模块，汇流箱模块再通过无线通信方式传送至直流配电柜模块，直流配电柜模块再通过光纤以太网传送至监控中心，由监控中心进行数据分析处理；其中，光伏组件串列的每个组件两端加入耦合电路，使得光伏组件监测模块发送和接收的载波信号能够通过耦合电路耦合到组件两端的直流单导线上，通过组件之间的传输直流电能的单根联接导线在光伏组件之间实现直流单导线载波通信。在光伏组件之间的直流单导线载波通信中，会受到来自光伏电站内复杂的噪声干扰，采用这种段内主从、段间手拉手的通信方式，保证了采集到的光伏组件监测数据传输距离短、通信时间短，从而保证数据传输的可靠性，保证载波通信的有效进行。另外，该载波通信方式为单导线通信方式，不需要铺设地线，现场安装方便，真正意义上实现光伏组件间的单导线通信。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于光伏组件之间的直流单导线载波通信方式，其特征在于，通过用于光伏组件之间传输直流电能的单根联接导线进行载波通信，包括：

将光伏组件串列分成多个通信段，其中，所述光伏组件串列包括多个光伏组件，所述多个光伏组件与多个监测模块一一对应，所述多个监测模块分别用于采集对应的光伏组件的监测数据；

将所述光伏组件串列中的第一光伏组件对应的监测模块确定为所述光伏组件串列的主机，将与所述主机间隔预设个数的所述光伏组件对应的监测模块确定为所述光伏组件串列的段主机，并将所述多个光伏组件中除所述主机和所述段主机之外的光伏组件对应的监测模块确定为所述光伏组件串列的从机，其中，所述多个通信段包括具有所述主机和从属于所述主机的从机的通信段，以及具有所述段主机和从属于所述段主机的从机的通信段；

在所述多个通信段的段内采用主从通信方式，并在所述多个通信段的段间采用手拉手通信方式，其中，所述主机用于将所述多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据以及所述光伏组件串列的地址封装于组件串列上报帧中，并将所述组件串列上报帧通过无线通信方式传送给光伏电站的汇流箱模块，所述汇流箱模块用于通过无线通信方式将所述组件串列上报帧传送给直流配电柜模块，所述直流配电柜模块用于通过光纤以太网将所述串列上报帧传送给监控中心，所述监控中心用于对所述串列上报帧中的数据进行处理；

其中，在所述多个通信段的段内采用所述主从通信方式包括：

所述主机通过直流单导线载波通信方式依次发送测试命令帧至所述主机所在的通信段的从机，所述主机所在的通信段的从机根据所述测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将所述监测数据和所述主机所在的通信段的从机的地址封装于本通信段内的段内上报帧中，所述主机所在的通信段的从机通过直流单导线载波通信方式依次将所述段内上报帧传输给所述主机；

所述主机通过所述直流单导线载波通信方式依次发送所述测试命令帧至每个所述通信段的段主机，每个所述通信段的段主机在接收到所述主机所发的测试命令帧后，依次发送所述测试命令帧至每个所述通信段的段主机所在的通信段的从机，每个所述通信段的从机根据所述测试命令帧采集对应的光伏组件的监测数据，并将所述监测数据和每个所述通信段的段主机所在的通信段的从机的地址封装于所述段内上报帧中，每个所述通信段的从机以直流单导线载波通信方式依次将所述段内上报帧传输给所述段主机，

在所述多个通信段的段间采用所述手拉手通信方式包括：

所述主机将所述主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的监测数据和所述主机所在的通信段的段地址封装于本通信段的段间上报帧中；

所述主机通过所述直流单导线载波通信方式依次发送所述测试命令帧至每个所述通信段的段主机，每个所述通信段的段主机将每个所述通信段的段主机所在的通信段的每个从机所采集的对应的光伏组件的监测数据和每个所述通信段的段地址封装于每个所述通信段的段间上报帧中；每个所述通信段的段主机通过直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将所述通信段的段间上报帧传输给所述主机；

所述主机通过所述直流单导线载波通信方式依次发送所述测试命令帧至每个所述通信段的段主机，是按所述通信段及所述段主机的编排顺序进行的，非邻近所述主机所在通信段的段主机接收所述主机发送的测试命令帧，是通过所述主机与非邻近所述主机所在通信段的段主机之间的段主机一对一顺序地转发的；所述通信段的段主机通过所述直流单导线载波通信方式依次通过相邻通信段的段主机将所述通信段的段间上报帧传输给所述主机，非邻近主机所在通信段的段主机将所述通信段的段间上报帧传输给所述主机，是通过主机与非邻近主机所在通信段的段主机之间的段主机一对一地转发的。

2.根据权利要求1所述的直流单导线载波通信方式，其特征在于，所述多个光伏组件对应的监测模块所采集的监测数据包括电压、电流、温度和水浸参数，所述监测数据封装于数据上报帧中。