在當(dāng)今日益發(fā)展的電力系統(tǒng)中，光伏儲能技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸嶄露頭角，成為可再生能源領(lǐng)域的重要組成部分。而在光伏儲能系統(tǒng)的運(yùn)行與監(jiān)控中，通信協(xié)議的選擇與實(shí)現(xiàn)則顯得至關(guān)重要。本文將重點(diǎn)介紹光伏儲能系統(tǒng)中的Modbus協(xié)議、電力IEC 61850平臺，以及如何通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)Modbus轉(zhuǎn)IEC 61850的連接，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與智能化管理提供有力支持。

一、Modbus協(xié)議在光伏儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用

Modbus協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的通信協(xié)議，具有簡單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。在光伏儲能系統(tǒng)中，Modbus協(xié)議主要用于實(shí)現(xiàn)儲能設(shè)備、逆變器、電池管理系統(tǒng)等組件之間的數(shù)據(jù)交換與監(jiān)控。通過Modbus協(xié)議，可以實(shí)時(shí)獲取儲能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、電量信息、故障報(bào)警等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)監(jiān)控與管理提供可靠依據(jù)。

具體來說，Modbus協(xié)議在光伏儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 設(shè)備監(jiān)控：通過Modbus協(xié)議，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控儲能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括電壓、電流、功率、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時(shí)，系統(tǒng)會及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒運(yùn)維人員進(jìn)行處理。
2. 數(shù)據(jù)采集：Modbus協(xié)議支持多種數(shù)據(jù)類型和寄存器結(jié)構(gòu)，可以方便地采集儲能設(shè)備的各種數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于系統(tǒng)分析、故障診斷、性能優(yōu)化等方面，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。
3. 遠(yuǎn)程控制：通過Modbus協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)對儲能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，包括啟?？刂啤?shù)設(shè)置、模式切換等。這有助于實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)的智能化管理和自動化控制，降低運(yùn)維成本和提高管理效率。

二、電力IEC 61850平臺介紹

IEC 61850是電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)，它定義了變電站內(nèi)各種設(shè)備之間以及設(shè)備與控制中心之間的通信規(guī)范。IEC 61850平臺以面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ蜑榛A(chǔ)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)模型和服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的信息交互和互操作性。在光伏儲能系統(tǒng)中，IEC 61850平臺可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度中心、能源管理系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的無縫對接，為系統(tǒng)的集成和擴(kuò)展提供了便利。

IEC 61850平臺的特點(diǎn)包括：

1. 標(biāo)準(zhǔn)化：IEC 61850平臺采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的信息交互和互操作性。這有助于降低系統(tǒng)集成成本和提高系統(tǒng)可靠性。
2. 面向?qū)ο螅篒EC 61850平臺采用面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?，將設(shè)備的功能和屬性抽象為對象，便于進(jìn)行信息建模和數(shù)據(jù)分析。
3. 實(shí)時(shí)性：IEC 61850平臺支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和事件通知機(jī)制，可以確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
4. 安全性：IEC 61850平臺提供了豐富的安全特性，包括訪問控制、數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

三、通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)Modbus轉(zhuǎn)IEC 61850連接平臺

在實(shí)際應(yīng)用中，光伏儲能系統(tǒng)往往需要同時(shí)支持Modbus協(xié)議和IEC 61850平臺。為了實(shí)現(xiàn)這兩種協(xié)議之間的無縫對接，可以采用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)是一種專門用于實(shí)現(xiàn)不同通信協(xié)議之間轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它可以將Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IEC 61850平臺所需的數(shù)據(jù)格式，并將IEC 61850平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議所需的數(shù)據(jù)格式。

通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)Modbus轉(zhuǎn)IEC 61850連接平臺的過程如下：

1. 配置網(wǎng)關(guān)：首先需要對協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置，設(shè)置Modbus協(xié)議的參數(shù)（如設(shè)備地址、波特率、數(shù)據(jù)位等）和IEC 61850平臺的參數(shù)（如IP地址、端口號等）。
2. 數(shù)據(jù)映射：根據(jù)實(shí)際需求，建立Modbus協(xié)議與IEC 61850平臺之間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系。這需要將Modbus協(xié)議的寄存器地址和數(shù)據(jù)類型與IEC 61850平臺的信息模型進(jìn)行對應(yīng)。
3. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：當(dāng)Modbus設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)會將其轉(zhuǎn)換為IEC 61850平臺所需的數(shù)據(jù)格式，并發(fā)送給IEC 61850平臺。同樣地，當(dāng)IEC 61850平臺發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)會將其轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議所需的數(shù)據(jù)格式，并發(fā)送給Modbus設(shè)備。
4. 監(jiān)控與管理：通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對光伏儲能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。運(yùn)維人員可以通過IEC 61850平臺獲取儲能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、電量信息、故障報(bào)警等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和參數(shù)設(shè)置等操作。同時(shí)，也可以將光伏儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成到能源管理系統(tǒng)等外部系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)更加全面和深入的數(shù)據(jù)分析與管理。

通過以上介紹，我們可以看出，通過采用Modbus協(xié)議、IEC 61850平臺和協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)等技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)光伏儲能系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與管理，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。

1 設(shè)置網(wǎng)關(guān)采集modbus從站數(shù)據(jù)

1. 硬件連接。首先確認(rèn)設(shè)備的接口是RS232還是RS485接口。并按如下的方式進(jìn)行連接。

接口類型

2. 在電腦上打開VFBOX Studio配置軟件。新建工程，選擇對應(yīng)的設(shè)備類型。設(shè)備類型查看設(shè)備背面的標(biāo)簽?？蛇x的型號有：VB301-1100，VB301-1200，VB301-1400，VB302-2400，VB303-2400.

3. 點(diǎn)擊 新建設(shè)備，選擇modbus RTU驅(qū)動。

4. 輸入設(shè)備名稱，自己定義設(shè)備名稱。

5. 輸入和設(shè)備相同的串口參數(shù)。比如，設(shè)備的波特率是9600，則下面的對話框也選擇9600.
   
6. 增加要采集的數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和寄存器地址。

7. 填寫說明。在添加“地址”的時(shí)候需要對modbus的通信指令有一些了解，這里面有一些默認(rèn)的規(guī)則?？上炔榭丛O(shè)備的說明書，找到要讀取的地址。然后通過對比下表進(jìn)行設(shè)置。

數(shù)據(jù)區(qū)

功能說明

0X Digital Coils

數(shù)據(jù)類型：Boolean

讀寫：可讀寫

寄存器地址：00001-09999（10進(jìn)制）， 協(xié)議地址：0000H-270FH（16進(jìn)制）

對應(yīng)的功能碼：01H 05H 0FH

1X digital Inputs

數(shù)據(jù)類型：Boolean

讀寫：只讀

寄存器地址：10001-19999（10進(jìn)制）， 協(xié)議地址：0000H-270FH（16進(jìn)制）

對應(yīng)的功能碼：02H

3X Analog Inputs

數(shù)據(jù)類型：

1 Register: short word

2 Register: Long Dword float

4 Register: LLong Qword Double

讀寫：只讀

寄存器地址：30001-39999（10進(jìn)制）， 協(xié)議地址：0000H-270FH（16進(jìn)制）

對應(yīng)的功能碼：04H

4X Holding Registers

數(shù)據(jù)類型：

1 Register: short word

2 Register: Long Dword float

4 Register: LLong Qword Double

讀寫：可讀寫

地址范圍：40001-49999（10進(jìn)制），0000H-270FH（16進(jìn)制）

對應(yīng)的功能碼：03H 06H 10H

其他說明：

1. 地址可填寫5位或者6位的地址長度。
2. 如果設(shè)備的地址是從0開始，則設(shè)置網(wǎng)關(guān)時(shí)地址加1。
3. 地址是10進(jìn)制。

舉例1：假設(shè)要讀取的地址是40015，數(shù)據(jù)類型是float，地址從0開始，則查看上表，40015對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)是“4X Holding Registers”，且數(shù)據(jù)類型是float，則數(shù)據(jù)區(qū)選擇“4X Holding Registers（2 Registers）”，設(shè)備地址從0開始，則在網(wǎng)關(guān)里配置為40016，配置如下：

請點(diǎn)擊輸入圖片描述（最多18字）

舉例2：假設(shè)讀取數(shù)據(jù)的功能碼是03，地址是0x39，地址從1開始，數(shù)據(jù)類型是double。查看上表可知，03功能碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)是“4X Holding Registers”，數(shù)據(jù)類型是double，則數(shù)據(jù)區(qū)選擇“4X Holding Registers（4 Registers）”，地址是0x39，轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制是57，則設(shè)置如下：

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8. 設(shè)置完成后，點(diǎn)擊菜單“下載”，把工程下載到網(wǎng)關(guān)里。
9. 點(diǎn)擊菜單“查看數(shù)據(jù)”，查看網(wǎng)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)。

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10. 如果顯示的數(shù)據(jù)和實(shí)際不匹配，可能是字節(jié)順序要調(diào)整。在下面的窗口中可以修改波特率，掃描間隔，通訊超時(shí)，字節(jié)順序等參數(shù)。

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11. 數(shù)據(jù)類型

網(wǎng)關(guān)支持多種數(shù)據(jù)類型，用戶在添加的時(shí)候可以根據(jù)采集到數(shù)據(jù)選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型。不同的設(shè)備可能有不同的數(shù)據(jù)類型名稱，可對應(yīng)選擇。

Boolean

位，布爾變量。變量存儲為 8 位（1 個(gè)字節(jié)）的數(shù)值形式，但只能是True 或是 False。

Char

有符號數(shù)，有負(fù)數(shù)。占用一個(gè)字節(jié)，8位。

Byte

無符號數(shù)，占用一個(gè)字節(jié)，8位。

Short

有符號短整型。有負(fù)數(shù)。長度2個(gè)字節(jié)，16位。

Word

無符號的短整型，長度2個(gè)字節(jié)，16位。

Long

有符號長整型，有負(fù)數(shù)。長度4個(gè)字節(jié)，取值范圍為：-2^31 ~ (2^31 -1)。

DWord

無符號的長整型，且占4個(gè)字節(jié)，32位。

Float

單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，長度 4 個(gè)字節(jié)，包括一個(gè)符號位、一個(gè) 8 位 二進(jìn)制指數(shù)和一個(gè) 23 位尾數(shù)。浮點(diǎn)型轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)據(jù)的時(shí)候請注意字節(jié)順序問題。在不同的設(shè)備中字節(jié)順序不同，有4種不同的字節(jié)順序：1234、4321、3412、2143。網(wǎng)關(guān)在轉(zhuǎn)發(fā)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的時(shí)候，不對字節(jié)順序進(jìn)行調(diào)整，所以在轉(zhuǎn)換的時(shí)候請參考被采集設(shè)備的浮點(diǎn)數(shù)順序。

LLong

LLong是長度為8個(gè)字節(jié)的有符號整數(shù)。有負(fù)數(shù)。

Qword

Qword是長度為8個(gè)字節(jié)的無符號整數(shù)。

Double

雙精度浮點(diǎn)(double)型，占8 個(gè)字節(jié)（64位）內(nèi)存空間。

2 用IEC61850協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

1. 啟用IEC61850服務(wù)。

選項(xiàng)

說明

啟用

Yes:啟動61850功能

啟用上報(bào)

Yes：啟動網(wǎng)關(guān)的自動上報(bào)功能，定時(shí)上報(bào)，數(shù)據(jù)有變化也上報(bào)。

端口

102．網(wǎng)關(guān)的偵聽端口，一般不修改。

上報(bào)觸發(fā)GI

數(shù)據(jù)有變化就上報(bào)數(shù)據(jù)。需把“啟用上報(bào)”設(shè)置成YES

上報(bào)周期間隔

網(wǎng)關(guān)自動上報(bào)數(shù)據(jù)的間隔。單位毫秒。

控制模式

控制模式：

Select before operate：選控。選擇變量后再控制

Sbow：select with value

Direct：直控。直接控制

上報(bào)實(shí)例數(shù)量

上報(bào)的主站數(shù)量。如果需要多個(gè)，可根據(jù)主站需求設(shè)置

上報(bào)實(shí)例簡單名稱

Yes：只有名稱。

No：包含設(shè)備名稱，路徑等信息。

數(shù)據(jù)集內(nèi)容

設(shè)置DA，則會導(dǎo)出DA數(shù)據(jù)集

設(shè)置DO，則會導(dǎo)出DO數(shù)據(jù)集

SPS附加屬性

MV附加屬性

APC選擇屬性

設(shè)置成Yes，則導(dǎo)出的ICD文件中包含相應(yīng)信息。

設(shè)置成No，則導(dǎo)出的ICD文件中不包含相應(yīng)信息。

IED名稱

網(wǎng)關(guān)的IED名稱

邏輯設(shè)備名稱

邏輯設(shè)備名稱

注：以上參數(shù)如果不確定，一般使用默認(rèn)即可，主站有特殊需求在進(jìn)行相應(yīng)的修改。另外可讓主站提供ICD文件的樣例，也可以對照進(jìn)行修改。

2. 添加要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)。

?選項(xiàng)

說明

SPS單點(diǎn)狀態(tài)

遙信數(shù)字量DI點(diǎn)，布爾量狀態(tài)上報(bào)。點(diǎn)位名稱：Ind1, Ind2, Ind3 ... （I是大寫的i）

INS整數(shù)狀態(tài)

遙信多狀態(tài)DI點(diǎn)，多布爾量狀態(tài)上報(bào)。

SPC可控單點(diǎn)

遙控輸出量DO點(diǎn)，平臺控制布爾量。點(diǎn)位名稱：SPCSO1, SPCSO2, SPCSO3。（O是大寫的o，不是數(shù)字0）

MV測量

遙測模擬量AI點(diǎn)。模擬量上報(bào)。點(diǎn)位名稱：AnIn1, AnIn2, AnIn3 ...（I是大寫的i）

APC可控模擬設(shè)點(diǎn)

遙調(diào)。平臺下發(fā)設(shè)置模擬量。點(diǎn)位名稱：APC1,APC2...

3. 如果需要平臺可以下發(fā)控制，需要把變量放在“SPC可控單點(diǎn)”，“APC可控模擬設(shè)點(diǎn)”。

“SPS單點(diǎn)狀態(tài)”和“SPC可控單點(diǎn)”是開關(guān)量。

“MV測量值”和“APC可控模擬設(shè)點(diǎn)”是數(shù)據(jù)模擬量。

4. 設(shè)置完成后，點(diǎn)擊菜單“下載”，把工程下載到網(wǎng)關(guān)中。

7 案例總結(jié)
使用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)可以很方便的實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。大量節(jié)省了項(xiàng)目實(shí)施過程的時(shí)間成本，人力成本。VFBOX網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品都是工業(yè)級品質(zhì)，符合工業(yè)應(yīng)用的場景。只需要簡單的參數(shù)配置，可以很快完成設(shè)備和系統(tǒng)之間的連接。方案優(yōu)點(diǎn)：

1. 不需要修改設(shè)備里的程序。
2. 不影響設(shè)備原有的工作方式和功能。
3. 只需要簡單的配置就可以實(shí)現(xiàn)功能需求。
4. 設(shè)備長期穩(wěn)定工作。
5. 網(wǎng)關(guān)運(yùn)行架構(gòu)如下
   

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審核編輯 黃宇