CN115175023B - 一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力管理技术领域的一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法、系统及装置。抄表方法如下：S1：主站服务器建立档案信息并发送给相应的物联表；S2：物联表存储或替换档案信息；S3：物联表将档案信息中的通讯协议集成为协议库，并对光伏逆变器的特征字进行轮询，判断该特征字是否与协议库中的特征字匹配；若不匹配，则物联表下载更新协议库；S4：判断更新的协议库是否与当前协议库相同，是则生成异常数据并作应急处理；S5：物联表根据通讯协议实时采集光伏逆变器的特征数据并传输给主站服务器。本发明不仅提高了物联表与光伏逆变器精准通讯，提高抄表的精确度，同时能及时发现故障并做出应急处理，降低故障造成的损失。

Description

一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及电力管理技术领域，特别是涉及一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法、一种基于光伏逆变器的物联表抄表系统、一种基于光伏逆变器的物联表抄表装置。
背景技术
随着国家构建以新能源为主体的新型电力系统和“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，以新能源为主体的新型电力系统建设加快，新能源发展将迎来新的机遇，低压400V居民用户的光伏装机必将出现井喷式的增长态势。低压分布式光伏接入规模快速发展，改变了传统配电网潮流单向流动的模式。
光伏逆变器是可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。由于光伏发电板受到光照的影响较大，在对电网上网时，具有不稳定性，呈现时段性、季节性的趋势。在对光伏逆变器统计上网电量时（即对光伏逆变器进行智能物联表抄表），往往会由于线路损耗、功率不稳定等因素，造成实际抄表精确度低的问题。在光伏逆变器或智能物联表出现故障时，往往不能及时发现并处理，对光伏逆变器的电力统计造成影响，甚至损害光伏用户或电力公司的利益。
发明内容
基于此，有必要针对现有光伏逆变器抄表精确度低以及在光伏逆变器或相应的智能物联表故障时不能及时处理的问题，提供一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法、系统及装置。
本发明采用以下方案实现：一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其包括如下过程：
S1：主站服务器为每个光伏逆变器建立档案信息，并将档案信息发送给相应的智能物联表。档案信息包括光伏逆变器的编码信息和通讯协议。
S2：智能物联表每接收一个档案信息后，判断智能物联表内是否存在与该档案信息相同的原有档案：是则将原有档案替换为接收的档案信息，否则将接收的档案信息存储在智能物联表中。
S3：智能物联表把所有档案信息中的通讯协议集成一个协议库，并对每个通讯协议设置相应的特征字。智能物联表还通过对逆变器的特征字进行轮询，从而确定相应逆变器采用的通讯协议并与之进行数据交互：判断光伏逆变器的特征字是否与协议库中的特征字一致，是则智能物联表输出通讯协议匹配成功信号，进行S5。否则智能物联表输出通讯协议匹配失败信号，并向主站服务器请求下载更新的档案信息，通过档案信息的更新来更新协议库，进行S4。
S4：智能物联表下载更新的协议库后，判断更新的协议库是否与当前协议库相同，若不相同则将当前协议库替换为更新的协议库，返回S3。若相同则生成异常数据，并将异常数据发送给主站服务器。主站服务器接收并解析异常数据，并做出应急处理。应急处理的方法如下：a、当智能物联表发生故障时，采用邻近的智能物联表代替通讯。b、光伏逆变器发生故障时，主站服务器暂停对故障的光伏逆变器请求采集特征数据，同时断开故障的光伏逆变器对电网的电力输送。
S5：智能物联表根据通讯协议与光伏逆变器进行数据交互。智能物联表实时采集相应的光伏逆变器的特征数据，并将特征数据传输给主站服务器。主站服务器根据特征数据计算相应的光伏逆变器输出的电能量。
本发明通过将每个光伏逆变器的通讯协议集成为协议库，并对光伏逆变器的特征字进行轮询，使得主站服务器、智能物联表和光伏逆变器之间实现进行精准通讯，提高逆变器数据采集的精确度。主站服务器对通讯协议实时更新，以满足当前电网的通讯要求，通过对光伏逆变器的特征字进行轮询，以保障在智能物联表与光伏逆变器精准通讯的同时，及时发现智能物联表或光伏逆变器的故障，对故障做出应急处理，降低或消除故障对光伏用户或电网公司造成的损失。
在其中一个实施例中，智能物联表通过Modbus-RTU协议与光伏逆变器进行逐帧数据交互。其中，每帧数据包含地址域、功能码域、数据域和校验域。
地址域的长度为一个字节，用以表征光伏逆变器的逻辑地址。功能码域的长度为一个字节，用以控制光伏逆变器执行相应的指令。数据域的长度根据光伏逆变器的具体功能而定，数据域的数据采用bigendian模式。校验域采用16位CRC校验码。
在其中一个实施例中，功能码域包括光伏逆变器执行的两种指令，分别为读取寄存器指令和设置寄存器指令。其中，读取寄存器指令的功能码为0x03，用于获取光伏逆变器内的一个或多个寄存器值。设置寄存器指令的功能码为0x10，用于将指定数值写入光伏逆变器内的一个或多个寄存器内。在其中一个实施例中，读取寄存器的功能码格式包括读取格式和读取响应格式。
读取格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的读取指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。光伏逆变器地址和功能码03H的长度均为一个字节。开始地址、寄存器个数和CRC校检码的长度均为两个字节。
读取响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的读取响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。字节数的长度为一个字节。每个寄存器数据的长度均为两个字节。
在其中一个实施例中，设置寄存器的功能码格式包括设置格式和设置响应格式。
设置格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的设置指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。功能码10H的长度为一个字节。开始地址的长度为两个字节。
设置响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的设置响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。
在其中一个实施例中，当功能码域的最高位为1时，智能物联表生成数据帧异常数据。智能物联表将异常数据发送至主站服务器。主站服务器解读异常数据，并根据异常数据提醒工作人员对智能物联表或光伏逆变器进行检修。
异常数据包括光伏逆变器地址、功能码、故障码和CRC校检码。功能码为功能码03H或功能码10H中的任意一种。故障码根据实际故障原因自行设定。
本发明还提供一种基于光伏逆变器的物联表抄表系统，其包括：多个光伏逆变器、多个智能物联表和主站服务器。
光伏逆变器用于将相应的光伏发电板产出的电能转换为交流电，并将转换的交流电传输到配电网络中。
每个智能物联表与至少一个光伏逆变器连通。智能物联表用于：（一）、存储或替换光伏逆变器的档案信息。（二）、根据协议库以及接收的档案信息对每个光伏逆变器的特征字进行轮询。（三）、根据匹配成功的通讯协议与与光伏逆变器进行数据交互。（四）、在智能物联表与光伏逆变器进行数据交互的过程中出现异常时，生成异常数据。
主站服务器与至少一个智能物联表连通。主站服务器用于：（1）、为每个光伏逆变器建立档案信息。（2）、与智能物联表进行数据交互。（3）、实时存储或更新协议库。（4）、接收并处理智能物联表传输的光伏逆变器的特征数据。（5）、接收并处理智能物联表发送的异常数据。
在其中一个实施例中，光伏逆变器和智能物联表之间通过RS485接口远程连通，用以实现光伏逆变器和智能物联表的数据交互。每个智能物联表最多同时与255个光伏逆变器进行数据交互。
在其中一个实施例中，主站服务器和智能物联表之间通过4G通讯模组或HPLC载波模组远程连通。当采用HPLC载波模组远程连通时，智能物联表通过HPLC载波模组与集中器连通，集中器通过远程通讯模组与主站服务器连通。
本发明还提供一种基于光伏逆变器的物联表抄表装置，其包括存储器、处理器，以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。
计算机程序用于实现上述基于光伏逆变器的物联表抄表方法的步骤，进而实现智能物联表对光伏逆变器的精确抄表，并在智能物联表和光伏逆变器出现故障时及时提醒工作人员进行处理。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.基于光伏逆变器的物联表抄表方法通过将每个光伏逆变器的通讯协议集成为协议库，并对光伏逆变器的特征字进行轮询，使得主站服务器、智能物联表和光伏逆变器之间实现进行精准通讯，提高逆变器数据采集的精确度。同时，主站服务器对通讯协议实时更新，以满足当前电网的通讯要求，进而根据协议库中的通讯协议，及时发现智能物联表或光伏逆变器的故障，对故障做出应急处理，降低或消除故障对光伏用户或电网公司造成的损失。
2.基于光伏逆变器的物联表抄表系统通过Modbus-RTU协议实现光伏逆变器和智能物联表的远程连接，进而通过4G通讯或HPLC载波模组通讯实现智能物联表和主站服务器的远程连接，主站服务器分别对智能物联表和逆变器进行编码，以确保与智能物联表和逆变器之间精准通讯。主站服务器通过对智能物联表传输的数据进行分析，实现对逆变器的精确抄表，解决在智能物联表故障或光伏逆变器故障时无法对逆变器精准抄表的问题，同时可以对逆变器进行精准调控，消除光伏逆变器上网过程对电网带来的安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于光伏逆变器的物联表抄表方法的流程图；
图2为图1中在智能物联表与光伏逆变器之间发生通讯故障时的应急处理方法的流程图；
图3为采用图1中基于光伏逆变器的物联表抄表方法的基于光伏逆变器的物联表抄表系统的通讯结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1，其为本实施例的基于光伏逆变器的物联表抄表方法的流程图。基于光伏逆变器的物联表抄表方法包括如下步骤：
S1：主站服务器为每个光伏逆变器建立档案信息，并将档案信息发送给相应的智能物联表。档案信息包括主站服务器根据光伏逆变器建档顺序生成的编码信息以及光伏逆变器的特性信息。
光伏逆变器的编码信息具有唯一性，用于表征光伏逆变器的逻辑地址，以便于主站服务器、智能物联表和光伏逆变器之间实现精准的数据交互，并在光伏逆变器产生故障时进行精准定位。光伏逆变器的特性信息包括光伏逆变器的型号、额定输出电压、额定输出功率以及光伏逆变器支持的调控方式等。
在实际应用中，主站服务器可同时连通多个智能物联表，并同时与多个智能表进行数据交互。主站服务器同时需要对智能物联表进行编码并建档，并将每个智能物联表连通的光伏逆变器的档案信息分别归属于相应的智能物联表的档案信息中。
S2：智能物联表每接收一个档案信息后，判断智能物联表内是否存在与该档案信息相同的原有档案。是则将原有档案替换为接收的档案信息。否则将接收的档案信息存储在智能物联表中。
主站服务器建档的原因可能是由于光伏逆变器自身的协议更新或光伏用户的光伏逆变器更换或新增光伏用户的光伏逆变器。当由于光伏逆变器自身的协议更新或光伏用户光伏逆变器更换时，则该光伏逆变器的逻辑地址保持不变，智能物联表中已经预存有该光伏用户的原有档案信息。当有新增的光伏用户的光伏逆变器时，该光伏用户的光伏逆变器首次进行建档，相应的智能物联表中没有预存的原有档案，因此可以直接存储在智能物联表中。
此外，主站服务器根据电力配网计划，对每个光伏逆变器下发调控信息，当每次计划更新或达到计划周期时，主站服务器向智能物联表下发包含每个光伏逆变器的计划调控信息的档案信息。智能物联表接收新的档案信息后，将原有的档案信息移除，以保持充足的内存空间，避免对智能物联表的性能产生影响。
S3：智能物联表把所有档案信息中的通讯协议集成一个协议库，并对每个通讯协议设置相应的特征字。智能物联表还通过对逆变器的特征字进行轮询，从而确定相应逆变器采用的通讯协议并与之进行数据交互：判断光伏逆变器的特征字是否与协议库中的特征字一致，是则智能物联表输出通讯协议匹配成功信号，进行S5。否则智能物联表输出通讯协议匹配失败信号，并向主站服务器请求下载更新的档案信息，通过档案信息的更新来更新协议库，进行S4。
协议库包含智能物联表与光伏逆变器之间的通讯协议。随着智能电网的发展，传统的智能物联表的通讯方式无法满足新的通讯需求。主站服务器需要实时更新通讯协议，以满足日益提升的通讯需求。当智能物联表对接收的光伏逆变器档案信息进行解析时，通过对光伏逆变器的特征字与协议库的特征字进行比对，确认档案信息中的通讯协议是否与智能物联表预存的通讯协议一致。若通讯协议一致，则智能物联表可以与光伏逆变器正常通讯，完成数据交互。否则，智能物联表需要更新下载新的协议库，以识别光伏逆变器的档案信息，进而完成与光伏逆变器之间的数据交互。
特征字包含通讯协议的编码信息以及光伏逆变器的编码信息。在对光伏逆变器的特征字进行轮询时，除了对通讯协议进行匹配外，还要对光伏逆变器的逻辑地址进行匹配，以确认智能物联表与光伏逆变器之间远程连接，智能物联表可以与光伏逆变器进行数据交互。
S4：智能物联表下载更新的协议库后，判断更新的协议库是否与当前协议库相同，若不相同则将当前协议库替换为更新的协议库，返回S3；若相同则生成异常数据，并将异常数据发送给主站服务器；主站服务器接收并解析异常数据，并做出应急处理。
当智能物联表或光伏逆变器出现故障时，即便协议库已经更新至最新版本，光伏逆变器的特征字也无异常，智能物联表仍可能与光伏逆变器匹配不成功。智能物联表先对主站服务器请求下载最新版本的协议库，进而判断该协议库是否与已经存储在智能物联表中的协议库一致，若一致则表明智能物联表或光伏逆变器出现故障，应对故障原因进行自检，随后在智能物联表中生成异常数据并发送给主站服务器。主站服务器对故障内容进行分析，对工作人员发出警示，提醒工作人员根据故障原因及物联表或光伏逆变器的逻辑地址进行检修，以尽快恢复智能物联表与光伏逆变器之间的远程通讯。
智能物联表与光伏逆变器之间通过Modbus-RTU协议进行逐帧数据交互。其中，每帧数据包含地址域、功能码域、数据域和校验域。当智能物联表与光伏逆变器之间传输的功能码域的最高位为1时，智能物联表生成数据帧异常数据。异常数据的产生原因包括：智能物联表发送了一个非法的命令或者请求一个无效的数据寄存器。
智能物联表将异常数据发送至主站服务器。主站服务器解读异常数据，并根据异常数据提醒工作人员对智能物联表或光伏逆变器进行检修。异常数据包括光伏逆变器地址、功能码、故障码和CRC校检码。功能码为功能码03H或功能码10H中的任意一种，根据故障产生的原因自动选择。故障码可以根据实际故障原因自行设定。
请结合图2，其为图1中在智能物联表与光伏逆变器之间发生通讯故障时的应急处理方法的流程图。在故障未处理期间，根据实际故障问题，主站服务器的应急处理方法如下：
a、当智能物联表发生故障，如发送错误指令或中止通讯功能时，可以采用其他邻近的智能物联表代替通讯。具体的通讯方法如下：
对于任意智能物联表A，假设与其连通的光伏逆变器数量为m（m≤255），与其相邻的物联表B的数量为s，则根据每个智能物联表B所连通的光伏逆变器数量，将与智能物联表A连通的m个光伏逆变器同时分别连通在多个智能物联表B上。在智能物联表A功能正常时，m个光伏逆变器与其他智能物联表B断开通讯连接。当智能物联表A发生故障时，每个智能物联表B根据自身正在通讯的光伏逆变器数量，对m个光伏逆变器分别进行通讯或交替通讯。
以m=200，s=2为例，智能物联表A实时保持与200个光伏逆变器IA通讯连接，与智能物联表相邻的两个智能物联表B分别记为B1和B2。假设智能物联表B1和B2各连通200个光伏逆变器IB。每个光伏逆变器均连通两个智能物联表，并实时保持与其中一个智能物联表保持通讯连接，与另一个智能物联表断开通讯连接。如智能物联表A与200个光伏逆变器IA保持通讯连接，并与其他200个光伏逆变器IB断开通讯连接。当智能物联表A出现故障时，智能物联表A断开与所有光伏逆变器之间的通讯连接。根据智能物联表B1和B2的数据交互状态，可以采用以下两种方法对光伏逆变器IA建立通讯：a1、假设智能物联表B1和B2分别同时与150个光伏逆变器IB进行数据交互，则200个光伏逆变器IA可以分别与智能物联表B1和B2启用通讯连接。即智能物联表B1和B2分别同时与250个光伏逆变器进行数据交互。a2、假设智能物联表B1和B2分别同时与200个光伏逆变器IB进行数据交互，则200个光伏逆变器IA中，先将其中的110个光伏逆变器IA分别与智能物联表B1和B2启用通讯连接，并将其他90个光伏逆变器IA断开上网。即每个智能物联表B1和B2分别同时与255个光伏逆变器进行数据交互。在智能物联表B1和B2与相应的光伏逆变器完成数据交互后，将与智能物联表B1和B2分别通讯连接的110个光伏逆变器IA断开连接，并将其他90个光伏逆变器IA分别与智能物联表B1和B2启用通讯连接。在此过程中，智能物联表B1和B2可以分别根据光伏逆变器IB的实时通讯状态对光伏逆变器IA进行选择性通讯。
b、当光伏逆变器发生故障时，如寄存器数据异常、光伏逆变器运行异常等，主站服务器暂停对故障的光伏逆变器请求采集特征数据，同时断开故障的光伏逆变器对电网的电力输送。待该光伏逆变器检修完成后，将光伏逆变器的特征数据重新传送至相应的智能物联表中。
S5：智能物联表根据匹配成功的协议库与光伏逆变器进行数据交互。智能物联表实时采集光伏逆变器的特征数据并将特征数据传输给主站服务器。主站服务器对采集的光伏逆变器的特征数据进行解析计算，进而计算出光伏逆变器的实时功率以及光伏逆变器在一个周期内的上网电量。主站服务器还可以根据电网的实时功率以及光伏逆变器的实时功率生成调控策略，通过智能物联表对光伏逆变器进行调控，以降低光伏逆变器上网过程中对电网运行造成的安全隐患。
智能物联表通过Modbus-RTU协议与光伏逆变器进行逐帧数据交互。其中，每帧数据包含地址域、功能码域、数据域和校验域。
地址域的长度为一个字节，用以表征光伏逆变器的逻辑地址。本实施例中，有效的光伏逆变器逻辑地址范围为1～255。
功能码域的长度为一个字节，用以控制光伏逆变器执行相应的指令。光伏逆变器支持的主要功能码如表1所示：
表1 功能码域的数据格式及功能描述
功能码 含义 功能描述
0x03 读取寄存器 获得当前光伏逆变器内部一个或多个寄存器值
0x10 设置寄存器 将指定数值写入光伏逆变器内部一个或多个寄存器内
由表1可知，功能码域包括光伏逆变器执行的两种指令，分别为读取寄存器指令和设置寄存器指令。其中，读取寄存器指令的功能码为0x03，用于获取光伏逆变器内的一个或多个寄存器值。设置寄存器指令的功能码为0x10，用于将指定数值写入光伏逆变器内的一个或多个寄存器内。
每个光伏逆变器中包含至少一个寄存器。寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。光伏逆变器中的每个寄存器分别用于存储光伏逆变器的不同特性信息，如光伏逆变器的输出电压、输出电流、输出功率、输入电压、输入电流和输入功率等。
智能物联表在读取光伏逆变器的特征数据时，通过向光伏逆变器下达功能码为03H的读取指令，进而接收光伏逆变器传输的响应指令，通过解读响应指令中的存储数据，得到光伏逆变器的实时特性信息。读取寄存器的功能码格式包括读取格式和读取响应格式，它们的数据格式如表2所示：
表2 读取寄存器的功能码格式及字节长度
Figure 14401DEST_PATH_IMAGE001
其中，读取格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的读取指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。光伏逆变器地址和功能码03H的长度均为一个字节。开始地址、寄存器个数和CRC校检码的长度均为两个字节。
读取响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的读取响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。字节数的长度为一个字节。字节数表示为寄存器数目的2倍。每个寄存器数据的长度均为两个字节。
在光伏逆变器与智能物联表初始建立通讯以及对光伏逆变器进行调控时，智能物联表通过对光伏逆变器下发功能码为10H的设置指令，可以对光伏逆变器设置一个或多个寄存器数值。设置寄存器的功能码格式包括设置格式和设置响应格式，它们的数据格式如表3所示：
表3 设置寄存器的功能码格式及字节长度
Figure 824225DEST_PATH_IMAGE002
其中，设置格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的设置指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。功能码10H的长度为一个字节。开始地址的长度为两个字节。
设置响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的设置响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。
数据域的长度根据光伏逆变器的具体功能而定，数据域的数据采用bigendian模式，即高位字节在前，低位字节在后。
校验域采用16位CRC校验码。智能物联表在与光伏逆变器进行通讯时，只有CRC校验码正确的命令才能被执行。
本实施例提供的物联表抄表方法，通过对每个光伏逆变器建立档案信息，使得主站服务器、智能物联表和光伏逆变器之间进行精准通讯，主站服务器对通讯协议实时更新，以满足当前电网的通讯要求，通过对光伏逆变器的特征字进行轮询，以保证在智能电能器与光伏逆变器精准通讯的同时，及时发现智能物联表或光伏逆变器的故障，对故障做出应急处理，同时提醒工作人员对智能物联表进行检修，以提高故障处理的效率。综上所述，本实施例提供的物联表抄表方法可以实现对光伏逆变器的远程精准抄表，及时处理抄表过程中所遇到的故障，以保障电网公司与光伏用户的共同利益。
请结合图2，其为采用图1中基于光伏逆变器的物联表抄表方法的基于光伏逆变器的物联表抄表系统的通讯结构示意图。为了实现上述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，以便于工作人员远程快速精准抄表，本实施例还提供一种基于光伏逆变器的物联表抄表系统，该系统包括多个光伏逆变器、多个智能物联表和主站服务器。
光伏逆变器用于将相应的光伏发电板产出的电能转换为交流电，并将转换的交流电传输到配电网络中。
光伏逆变器是可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。由于光伏发电板收到光照的影响较大，在对电网上网时，具有不稳定性，呈现时段性、季节性的趋势。在对光伏逆变器统计上网电量时，往往会由于线路损耗、功率不稳定等因素，造成实际抄表精确度低的问题。
每个智能物联表与至少一个光伏逆变器连通。智能物联表是指具有自动计量计费、数据传输功能的电表的统称。智能物联表是配用电管理的核心设备。智能物联表不仅能实时测量光伏逆变器的特征数据，实现分别与光伏逆变器和主站服务器之间的通讯，同时可以对光伏逆变器进行远程调控，以使光伏逆变器适应性上网，避免对电网的安全运行造成隐患。
光伏逆变器和智能物联表之间通过RS485接口远程连通，用以实现光伏逆变器和智能物联表的数据交互。每个智能物联表最多同时与255个光伏逆变器进行数据交互。
智能物联表用于：
一、存储或替换光伏逆变器档案信息。光伏逆变器的档案信息包括主站服务器根据光伏逆变器建档顺序生成的编码信息以及光伏逆变器的特性信息。智能物联表实时存储的光伏逆变器档案信息数量应与实际连通的光伏逆变器数量一致。在主站服务器中协议库更新时，智能物联表还需要更新下载最新的协议库，以匹配主站服务器下发的档案信息。
二、根据协议库以及接收的档案信息对光伏逆变器的特征字进行轮询。协议库包含智能物联表与光伏逆变器之间的通讯协议。特征字包含通讯协议的编码信息以及光伏逆变器的编码信息。在对光伏逆变器的特征字进行轮询时，除了对通讯协议进行匹配外，还要对光伏逆变器的逻辑地址进行匹配，以确认智能物联表与光伏逆变器之间远程连接，智能物联表可以与光伏逆变器进行数据交互。
当智能物联表对接收的光伏逆变器档案信息进行解析时，通过对光伏逆变器的特征字与协议库的特征字进行比对，确认档案信息中的通讯协议是否与智能物联表预存的通讯协议一致。若通讯协议一致，则智能物联表可以与光伏逆变器正常通讯，完成数据交互。否则，智能物联表需要更新下载新的协议库，以识别光伏逆变器的档案信息，进而完成与光伏逆变器之间的数据交互。
三、与光伏逆变器进行数据交互。智能物联表与光伏逆变器之间通过Modbus-RTU协议进行逐帧数据交互。其中，每帧数据包含地址域、功能码域、数据域和校验域。地址域的长度为一个字节，用以表征光伏逆变器的逻辑地址。本实施例中，有效的光伏逆变器逻辑地址范围为1～255。
功能码域的长度为一个字节，用以控制光伏逆变器执行相应的指令。
功能码域包括光伏逆变器执行的两种指令，分别为读取寄存器指令和设置寄存器指令。其中，读取寄存器指令的功能码为0x03，用于获取光伏逆变器内的一个或多个寄存器值。设置寄存器指令的功能码为0x10，用于将指定数值写入光伏逆变器内的一个或多个寄存器内。
每个光伏逆变器中包含至少一个寄存器。寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。光伏逆变器中的每个寄存器分别用于存储光伏逆变器的不同特性信息，如光伏逆变器的输出电压、输出电流、输出功率、输入电压、输入电流和输入功率等。
智能物联表在读取光伏逆变器的特征数据时，通过向光伏逆变器下达功能码为03H的读取指令，进而接收光伏逆变器传输的响应指令，通过解读响应指令中的存储数据，得到光伏逆变器的实时特性信息。读取寄存器的功能码格式包括读取格式和读取响应格式。
读取格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的读取指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。光伏逆变器地址和功能码03H的长度均为一个字节。开始地址、寄存器个数和CRC校检码的长度均为两个字节。
读取响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的读取响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码03H、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。字节数的长度为一个字节。字节数表示为寄存器数目的2倍。每个寄存器数据的长度均为两个字节。
在光伏逆变器与智能物联表初始建立通讯以及对光伏逆变器进行调控时，智能物联表通过对光伏逆变器下发功能码为10H的设置指令，可以对光伏逆变器设置一个或多个寄存器数值。设置寄存器的功能码格式包括设置格式和设置响应格式。
设置格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的设置指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码。功能码10H的长度为一个字节。开始地址的长度为两个字节。
设置响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的设置响应指令的功能码格式，包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码。
数据域的长度根据光伏逆变器的具体功能而定，数据域的数据采用bigendian模式，即高位字节在前，低位字节在后。
校验域采用16位CRC校验码。智能物联表在与光伏逆变器进行通讯时，只有CRC校验码正确的命令才能被执行。
四、在数据交互出现异常时，生成异常数据。当智能物联表与光伏逆变器之间传输的功能码域的最高位为1时，智能物联表生成数据帧异常数据。异常数据的产生原因包括：智能物联表发送了一个非法的命令或者请求一个无效的数据寄存器。异常数据包括光伏逆变器地址、功能码、故障码和CRC校检码。功能码为功能码03H或功能码10H中的任意一种，根据故障产生的原因自动选择。故障码可以根据实际故障原因自行设定。
主站服务器与至少一个智能物联表连通。主站服务器用于：
（1）、为每个光伏逆变器建立档案信息。主站服务器还需要对智能物联表进行编码并建档，并将每个智能物联表连通的光伏逆变器的档案信息分别归属于相应的智能物联表的档案信息中。
（2）、与智能物联表进行数据交互。主站服务器和智能物联表之间通过4G通讯模组或HPLC载波模组远程连通。当采用HPLC载波模组远程连通时，智能物联表通过HPLC载波模组与集中器连通，集中器通过远程通讯模组与主站服务器连通。
在实际应用中，根据光伏逆变器的实际安装情况4G通讯或HPLC载波模组通讯。4G通讯适用于中小型的分布式光伏逆变器以及移动信号覆盖较好的区域。HPLC载波模组适用于大型光伏电站项目和升压并网的项目。4G通讯模组和HPLC载波模组均可以在不改变原有设备的前提下进行安装应用，可以降低施工成本。
（3）、实时存储或更新协议库。随着智能电网的发展，传统的智能物联表的通讯方式无法满足新的通讯需求。主站服务器需要实时更新通讯协议，以满足日益提升的通讯需求。
（4）、接收并处理智能物联表传输的光伏逆变器的特征数据。主站服务器对特征数据进行解析计算，进而计算出光伏逆变器的实时功率以及光伏逆变器在一个周期内的上网电量。主站服务器还可以根据电网的实时功率以及光伏逆变器的实时功率生成调控策略，通过智能物联表对光伏逆变器进行调控，以降低光伏逆变器上网过程中对电网运行造成的安全隐患。
（5）、接收并处理智能物联表发送的异常数据。智能物联表或光伏逆变器出现故障时，应对故障原因进行自检，随后在智能物联表中生成异常数据并发送给主站服务器。主站服务器对故障内容进行分析，对工作人员发出警示，提醒工作人员根据故障原因及物联表或光伏逆变器的逻辑地址进行检修，以尽快恢复智能物联表与光伏逆变器之间的远程通讯。若工作人员不能及时处理，则主站服务器生成应急策略对光伏逆变器进行调控。应急策略如下：
a、当智能物联表发生故障，如发送错误指令或中止通讯功能时，可以采用其他邻近的智能物联表代替通讯。检修完成后，恢复智能物联表与逆变器之间的通讯连接。
b、当光伏逆变器发生故障时，如寄存器数据异常、光伏逆变器运行异常等，可以直接将该光伏逆变器断开通讯，同时将该光伏逆变器断开上网。待该光伏逆变器检修完成后，将光伏逆变器的特征数据重新传送至相应的智能物联表中。
上述基于光伏逆变器的物联表抄表系统通过Modbus-RTU协议实现光伏逆变器和智能物联表的远程连接，进而通过4G通讯或HPLC载波模组通讯实现智能物联表和主站服务器的远程连接，主站服务器分别对智能物联表和逆变器进行编码，以确保与智能物联表和逆变器之间精准通讯。主站服务器通过对智能物联表传输的数据进行分析，实现对逆变器的精确抄表，解决在智能物联表故障或光伏逆变器故障时对逆变器的实时精准抄表，同时可以对逆变器进行精准调控，避免光伏逆变器上网过程对电网带来的安全隐患。
实施例2
为了实现实施例1中的基于光伏逆变器的物联表抄表，并将之应用在现有的基于光伏逆变器的物联表系统中，以简化实际应用的设备安装过程，降低设备安装的成本，本实施例提供一种基于光伏逆变器的物联表抄表装置。物联表抄表装置包括存储器、处理器，以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时，实现如上述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法的步骤，进而实现智能物联表对光伏逆变器的精确抄表，并在智能物联表和光伏逆变器出现故障时及时提醒工作人员进行处理。
该计算机设备可以是可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备至少包括但不限于：可通过系统总线相互通讯连接的存储器、处理器。
本实施例中，存储器(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。当然，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
处理器在一些实施例中可以是中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，进而实现上述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法的步骤，进而实现智能物联表对光伏逆变器的精确抄表，并在智能物联表或光伏逆变器出现故障时，做出应急处理，并提醒工作人员对故障的物联表或光伏逆变器进行检修。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其包括如下过程：
S1：主站服务器为每个光伏逆变器建立档案信息，并将所述档案信息发送给相应的智能物联表；所述档案信息包括光伏逆变器的编码信息和通讯协议；
S2：智能物联表每接收一个档案信息后，根据所述编码信息判断智能物联表内是否存在与该档案信息相同的原有档案；是则将原有档案替换为接收的档案信息；否则将接收的档案信息存储在智能物联表中；
S5：智能物联表根据所述通讯协议与相应的光伏逆变器进行数据交互；智能物联表实时采集相应的光伏逆变器的特征数据，并将所述特征数据传输给主站服务器；主站服务器根据所述特征数据计算相应的光伏逆变器输出的电能量；
其特征在于，所述抄表方法在步骤S2与S5之间还包括以下步骤：
S3：智能物联表把所有档案信息中的通讯协议集成一个协议库，并对每个通讯协议设置相应的特征字；智能物联表还通过对逆变器的特征字进行轮询，从而确定相应逆变器采用的通讯协议并与之进行数据交互：判断光伏逆变器的特征字是否与协议库中的特征字一致，是则智能物联表输出通讯协议匹配成功信号，进行S5；否则智能物联表输出通讯协议匹配失败信号，并向主站服务器请求下载更新的档案信息，通过档案信息的更新来更新协议库，进行S4；
S4：智能物联表下载更新的协议库后，判断更新的协议库是否与当前协议库相同，若不相同则将当前协议库替换为更新的协议库，返回S3；若相同则生成异常数据，并将异常数据发送给主站服务器；主站服务器接收并解析异常数据，并做出应急处理；所述应急处理的方法如下：a、当智能物联表发生故障时，采用邻近的智能物联表代替通讯；b、当光伏逆变器发生故障时，主站服务器暂停对故障的光伏逆变器请求采集特征数据，同时断开故障的光伏逆变器对电网的电力输送。
2.根据权利要求1所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，在S5中，智能物联表通过Modbus-RTU协议与光伏逆变器进行逐帧数据交互；其中，每帧数据包含地址域、功能码域、数据域和校验域；
所述地址域的长度为一个字节，用以表征光伏逆变器的逻辑地址；所述功能码域的长度为一个字节，用以控制光伏逆变器执行相应的指令；所述数据域的长度根据光伏逆变器的具体功能而定，数据域的数据采用bigendian模式；所述校验域采用16位CRC校验码。
3.根据权利要求2所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，所述功能码域包括光伏逆变器执行的两种指令，分别为读取寄存器指令和设置寄存器指令；其中，读取寄存器指令的功能码为0x03，用于获取光伏逆变器内的一个或多个寄存器值；设置寄存器指令的功能码为0x10，用于将指定数值写入光伏逆变器内的一个或多个寄存器内。
4.根据权利要求3所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，读取寄存器的功能码格式包括读取格式和读取响应格式；
所述读取格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的读取指令的功能码格式，其包括光伏逆变器地址、功能码03H、开始地址、寄存器个数和CRC校检码；所述光伏逆变器地址和所述功能码03H的长度均为一个字节；所述开始地址、所述寄存器个数和所述CRC校检码的长度均为两个字节；
所述读取响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的读取响应指令的功能码格式，其包括所述光伏逆变器地址、所述功能码03H、字节数、多个寄存器数据和所述CRC校检码；所述字节数的长度为一个字节；每个所述寄存器数据的长度均为两个字节。
5.根据权利要求3所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，设置寄存器的功能码格式包括设置格式和设置响应格式；
所述设置格式表征智能物联表发送给光伏逆变器的设置指令的功能码格式，其包括光伏逆变器地址、功能码10H、开始地址、寄存器个数、字节数、多个寄存器数据和CRC校检码；所述功能码10H的长度为一个字节；所述开始地址的长度为两个字节；
所述设置响应格式表征光伏逆变器发送给智能物联表的设置响应指令的功能码格式，其包括所述光伏逆变器地址、所述功能码10H、所述开始地址、所述寄存器个数和所述CRC校检码。
6.根据权利要求3所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，在S4中，当所述功能码域的最高位为1时，智能物联表生成异常数据；所述异常数据根据实际故障原因自动生成；主站服务器解读异常数据，并根据异常数据提醒工作人员对智能物联表或光伏逆变器进行检修；
所述异常数据包括光伏逆变器地址、功能码、故障码和CRC校检码；所述功能码为所述功能码03H或所述功能码10H中的任意一种；所述故障码根据实际故障原因自行设定。
7.一种基于光伏逆变器的物联表抄表系统，其采用如权利要求1至6中任意一项所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法，其特征在于，其包括：
多个光伏逆变器，所述光伏逆变器用于将相应的光伏发电板产出的电能转换为交流电，并将转换的交流电传输到配电网络中；
多个智能物联表，每个所述智能物联表与至少一个所述光伏逆变器连通；所述智能物联表用于：（一）、存储或替换光伏逆变器的档案信息；（二）、根据协议库以及接收的档案信息对每个光伏逆变器的特征字进行轮询；（三）、根据匹配成功的通讯协议与所述光伏逆变器进行数据交互；（四）、在智能物联表与光伏逆变器进行数据交互的过程中出现异常时，生成异常数据；
主站服务器，其与至少一个所述智能物联表连通；所述主站服务器用于：（1）、为每个所述光伏逆变器建立档案信息；（2）、与所述智能物联表进行数据交互；（3）、实时存储或更新协议库；（4）、接收并处理所述智能物联表传输的光伏逆变器的特征数据；（5）、接收并处理所述智能物联表发送的异常数据。
8.根据权利要求7所述的基于光伏逆变器的物联表抄表系统，其特征在于，所述光伏逆变器和所述智能物联表之间通过RS485接口远程连通，用以实现所述光伏逆变器和所述智能物联表的数据交互；每个所述智能物联表最多同时与255个所述光伏逆变器进行数据交互。
9.根据权利要求7所述的基于光伏逆变器的物联表抄表系统，其特征在于，所述主站服务器和所述智能物联表之间通过4G通讯模组或HPLC载波模组远程连通；当采用HPLC载波模组远程连通时，所述智能物联表通过HPLC载波模组与集中器连通，集中器通过远程通讯模组与所述主站服务器连通。
10.一种基于光伏逆变器的物联表抄表装置，其包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于实现如所述权利要求1至6中任意一项所述的基于光伏逆变器的物联表抄表方法的步骤，进而实现智能物联表对光伏逆变器的精确抄表，并在智能物联表和光伏逆变器出现故障时及时提醒工作人员进行处理。
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