CN104091435A - 光伏设备与主站数据通信的方法及光伏发电*** - Google Patents

Abstract

本发明提出光伏设备与主站数据通信的方法及光伏发电***，所述光伏发电***包括至光伏设备和主站。所述光伏设备包括发电模块和数据采集单元，数据采集单元包括用于采集微气象信息的微气象数据采集单元。所述光伏设备与主站数据通信的方法通过微气象数据采集单元令主站能够接收来自各光伏设备的微气象数据，并根据光伏设备的微气象数据预算该光伏设备的发电能力。本发明将光伏设备的微气象数据采集并提供给主站，令主站能够通过这些微气象数据对光伏设备的发电能力进行预判，预估出未来时段的发电量，为主网的潮流控制提供可靠的参考依据，提高电站运行效率及经济性。

Description

光伏设备与主站数据通信的方法及光伏发电***

技术领域

本发明涉及数据传输***及该***内的数据传输方法，特别是涉及光伏发电***内的数据传输***，以及该***内的数据通信方法。

背景技术

现阶段我国光伏发电产业发展迅猛，装机容量增幅迅速。在光伏发电***实际运行控制中，光伏设备运行信息采集的完整性很大程度上决定了光伏发电***运行的效益。光伏发电***通过主站采集信息并根据采集的信息对各光伏设备实行调度控制。现有技术信息采集的通讯协议一般基于逆变器，所采集的信息如普通机械发电***一般，只采集光伏发电***的电气参数，如电压、电流、有功功率、无功功率等。

对于光伏发电***，上述采集的电气参数仅能对***发电的光伏设备的实时运行情况进行监测。但不能对光伏设备的发电能力进行预判。与传统的机械发电***不同的是，光伏发电***的输出功率具有随机波动的特点，光伏设备会因气象变化因素的而导致发电能力变化，且在一些气象条件下，例如天气突变，气象因素能够导致光伏设备的发电能力发生较大波动。这种波动对于光伏发电***并入的主电网来说是不可接受的，将会给主电网运行稳定性带来诸多问题，增加主电网的调度难度；同时光伏设备这种发电能力的波动也对光伏发***的安全运行不利，最明显的不利情况是，不稳定的光伏发电***接入将会对主电网的潮流控制带来极大困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种能够预算光伏发电***发电能力的光伏设备与主站数据通信的方法，以及实现该方法光伏发电***。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种光伏设备与主站数据通信的方法，基于光伏发电***。所述方法为各光伏设备配置用于采集微气象信息的微气象数据采集单元；令主站能够接收来自各光伏设备的微气象数据，并根据光伏设备的微气象数据预算该光伏设备的发电能力。所述主站与各光伏设备的数据通信包括如下步骤，

A. 主站按设定的时段分别向各光伏设备发出读取请求数据；

B. 光伏设备在接收到读取请求数据后，根据读取请求数据要请求的反馈数据，向主站传回主站请求数据。

进一步地，在主站与各光伏设备的数据通信过程中，当主站与光伏设备在设定的允许空闲时段内没有互相传输数据，主站与光伏设备的数据通信包括如下步骤，

C. 主站向光伏设备发送查询心跳数据包；

D. 当主站在设定的心跳时段内收到光伏设备的传回的反馈心跳数据包，确认主站与光伏设备通信正常；否则确认主站与光伏设备通信中断。

更具体地，在主站与各光伏设备的数据通信过程中，主站按设定的校时时间定时地向各光伏设备发出广播校时数据。

对于数据传输，主站与各光伏设备的数据通信中，数据都被打包成数据传输帧，该数据传输帧包括帧头、控制码帧、长度帧、数据帧、校验帧和帧尾。

所述帧头包括四组字节组，每组字节组包括连续的第一字节和第二字节，所述第二字节是第一字节的反码。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种光伏发电***，包括至少一光伏设备，以及电连接各光伏设备的主站；所述光伏设备包括用于完成光能转化为电能并输出电能的发电模块，至少一数据采集单元，电连接该数据采集单元的数据采集模块，以及电连接所述数据采集模块的通信模块；各光伏设备借助通信模块电连接所述主站；所述数据采集单元通过将采集的信息转换为电信号的传感器或者变换器采集针对发电模块的数据；该数据采集单元包括用于采集电气参数的电气数据采集单元，以及用于采集微气象信息的微气象数据采集单元。

具体而言，所述微气象数据采集单元包括用于侦测光照强度的光照强度数据采集单元，用于侦测光照角度的光照角度数据采集单元，用于侦测实时风速的风速数据采集单元，用于侦测实时风向的风向数据采集单元，用于侦测气温的气温数据采集单元，用于侦测相对湿度的湿度数据采集单元，用于采集降水量的降水量数据采集单元，用于采集露点温度的露点温度数据采集单元，用于采集地温的地温数据采集单元，用于采集气压信息的气压数据采集单元，以及用于采集辐射信息的辐射数据采集单元。

具体地，所述发电模块包括用于将光能转化为电能的至少一光伏单元，用于存储电能的蓄电池，以及用于完成电能转换的功率调节器；所述功率调节器电连接所述光伏单元和蓄电池。

另外，所述发电模块还包括电连接所述功率调节器的交直流用电负载。

通常情况，所述电气数据采集单元包括用于采集交流电压参数的电压数据采集单元，用于采集交流电流参数的电流数据采集单元，用于采集有功功率的有功数据采集单元，用于采集无功功率的无功数据采集单元，用于采集功率因数的功率因数数据采集单元，以及用于采集交流电频率的频率数据采集单元。

同现有技术相比较，本发明“光伏设备与主站数据通信的方法及光伏发电***”的技术效果在于：

1. 本发明将光伏设备的微气象数据采集并提供给主站，令主站能够通过这些微气象数据对光伏设备的发电能力进行预判，预估出未来时段的发电量，为主网的潮流控制提供可靠的参考依据，提高电站运行效率及经济性；

2. 本发明在主站与光伏设备的通信过程中，通过心跳包数据交互，及时反馈各光伏设备的与主站的通信情况，确保通信稳定性；

3. 本发明在数据传输帧内的帧头，通过反码校验的帧结构增加了数据通信可靠性。

附图说明

图1是“光伏设备与主站数据通信的方法及光伏发电***”优选实施例的光伏发电***的***构成示意图；

图2是本发明优选实施例光伏设备2与主站1数据通信的流程示意图；

图3是本发明优选实施例数据传输帧Z的帧结构示意图；

图4是本发明优选实施例读取请求数据D1就以作为请求帧的数据传输帧Z的帧结构示意图；

图5是本发明优选实施例主站请求数据D2就以作为请求帧的数据传输帧Z的帧结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例作进一步详述。

本发明提出一种光伏发电***，如图1所示，包括至少一光伏设备2，以及电连接各光伏设备2的主站1。本发明以一套光伏设备2电连接主站1为例，而实际运行中，显然可以有多套光伏设备2电连接主站1。所述光伏设备2包括用于完成光能转化为电能并输出电能的发电模块24，至少一数据采集单元21，电连接该数据采集单元21的数据采集模块22，以及电连接所述数据采集模块22的通信模块23。各光伏设备2借助通信模块23电连接所述主站1。所述数据采集单元21通过将采集的信息转换为电信号的传感器或者变换器采集针对发电模块24的数据。所述数据采集单元21包括用于采集电气参数的电气数据采集单元211，以及用于采集微气象信息的微气象数据采集单元212。当所述光伏发电***并入主电网运行时，所述主站1将会向主电网的控制设备或者控制节点提供监测数据，这些监测数据不仅提供光伏发电***实施输出的电气数据，在本发明起到突出作用的监测数据就是光伏发电***的发电能力预算数据，从而通过能预判光伏发电***发电能力对电网调度实施控制，为主网的潮流控制提供可靠的参考依据，提高电站运行效率及经济性。

本发明优选实施例，如图1所示，所述微气象数据采集单元212包括用于侦测光照强度的光照强度数据采集单元2121，用于侦测光照角度的光照角度数据采集单元2122，用于侦测实时风速的风速数据采集单元2123，用于侦测实时风向的风向数据采集单元2124，用于侦测气温的气温数据采集单元2125，用于侦测相对湿度的湿度数据采集单元2126，用于采集降水量的降水量数据采集单元2127，用于采集露点温度的露点温度数据采集单元2128，用于采集地温的地温数据采集单元2129，用于采集气压信息的气压数据采集单元2130，以及用于采集辐射信息的辐射数据采集单元2131。

本发明优选实施例，如图1所示，所述电气数据采集单元211包括用于采集交流电压参数的电压数据采集单元2111，用于采集交流电流参数的电流数据采集单元2112，用于采集有功功率的有功数据采集单元2113，用于采集无功功率的无功数据采集单元2114，用于采集功率因数的功率因数数据采集单元2115，以及用于采集交流电频率的频率数据采集单元2116。

本发明优选实施例，如图1所示，所述发电模块24包括用于将光能转化为电能的至少一光伏单元241，用于存储电能的蓄电池242，以及用于完成电能转换的功率调节器243。所述功率调节器243电连接所述光伏单元241和蓄电池242。进一步地，所述发电模块24还包括电连接所述功率调节器243的交/直流用电负载244。所述光伏单元241包括一个以上采用平铺的阵列结构布设的光伏子单元。所述功率调节器243用于将各光伏单元241输出的电能汇集输出至主电网，其中应当包括逆变单元，因而功率调节器243既可以输出直流电，又可以输出交流电。

本发明还提出基于上述光伏发电***的光伏设备与主站数据通信的方法。该方法为各光伏设备配置用于采集微气象信息的微气象数据采集单元212，令主站1能够接收来自各光伏设备2的微气象数据，并根据光伏设备2的微气象数据预算该光伏设备2的发电能力。

本发明优选实施例，光伏设备2与主站1的通信接口，也就是光伏设备2的通信模块23与主站1的通信接口采用通用异步接口UART。通用异步接口UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全（半）双工发送和接收。

本发明优选实施例，光伏设备2与主站1的通信参数设置是，通讯速率为9600bps，bps是每秒钟传输二进制位数。通信起始位采用发出一个逻辑“0”信号，表示开始传输。通信数据位采用扩展BCD码。通信校验位采用对数据位进行校验的一位二进制数。通信停止位采用停止位逻辑“1”表示字符数据结束。通信方式采用半双工通讯方式，通信可以实现双向，但不能同时进行，必须是轮流交替进行，在同一时刻内只能有一端向另一端通信。通信响应时间包括收到命令帧后的响应时间Td以及字节之间最大间隔时间Tb。其中，收到命令帧后的响应时间Td的范围是，20 ms≤Td≤500ms；字节之间最大间隔时间Tb的范围是，Tb≤500ms。数据通信中的地址域为光伏设备2序列号，是信息传输的最终接收地址。地址域为8个字节，当通讯时使用地址码长度不足8个字节时，用十六进制AA补足8个字节。

本发明所述主站1与各光伏设备2的数据通信包括如下步骤， 如图2所示，

A. 主站1按设定的时段分别向各光伏设备2发出读取请求数据D1；主站1应当针对各光伏设备2分别设置访问时段，对于一套光伏设备2，如图2所示从流程301定时开始至流程304结束的过程，就是在对该光伏设备2设置的访问时段内完成的数据通信；在图2所示流程302中，主站1发出的读取请求数据D1内应当包括主站需要获取的光伏设备2的反馈数据的定义，因此读取请求数据D1应当是命令数据；

B. 如图2所示流程303，光伏设备2在接收到读取请求数据D1后，根据读取请求数据D1要请求的反馈数据，向主站1传回主站请求数据D2。所述主站请求数据D2应当包括对应所诉读取请求数据D1内反馈数据定义的实际反馈数据，在本发明中实际反馈数据应当包括反映电气参数从电气数据采集单元211采集的数据，以及反映微气象参数的从微气象数据采集单元212采集的数据。

本发明主站1与各光伏设备2的数据通信中，数据都被打包成数据传输帧Z，如图3所示，该数据传输帧Z包括帧头Z1、控制码帧Z2、长度帧Z3、数据帧Z4、校验帧Z5和帧尾Z6。

所述帧头Z1包括四组字节组，每组字节组包括连续的第一字节和第二字节，所述第二字节是第一字节的反码。例如，帧头Z1是主机序列号A0至A3，那么第一个字节组的第一字节是A0，第二字节就是A0的反码；以此类推，整个帧头Z1就是：A0、A0反码、A1、A1反码、A2、A2反码、A3、A4反码。上述帧头Z1结构通过反码校验的帧结构增加了数据通信可靠性。

所述读取请求数据D1就以作为请求帧的数据传输帧Z传输，如图4所示，控制码帧Z2采用01H FEH，长度帧Z3采用04H FBH，数据帧Z4采用标识符，校验帧Z5用CRC代表，帧尾Z6采用E5H 1AH。所述标识符就是反映主站1要求光伏设备2反馈的数据类型。本发明优选实施例，要求获取光照强度的标识符是D0 00；要求获取光照角度的标识符是D0 01；要求获取实时风速的标识符是D0 02；要求获取实时风向的的标识符是D0 03；要求获取气温的标识符是D0 04；要求获取相对湿度的标识符是D0 05；要求获取降水量的标识符是D0 06；要求获取露点温度的标识符是D0 07；要求获取地温的标识符是D0 08；要求获取气压的标识符是D0 09；要求获取辐射信息的标识符是D0 0A。

所述主站请求数据D2就以作为响应帧的数据传输帧Z传输，如图5所示，控制码帧Z2采用81H 7EH，长度帧Z3采用30H CFH，数据帧Z4采用对应标识符的数据，校验帧Z5用CRC代表，帧尾Z6采用E5H 1AH。对于响应帧的数据帧Z4，例如，主站1发出的作为请求帧的读取请求数据D1中的数据帧Z4采用的标识符是D00 05，那么光伏设备2返回主站1的作为响应帧的主站请求数据D2的数据帧Z4就是对应相对湿度的数据。

当然在主站1与光伏设备2之间的通信出现异常情况时，光伏设备2会向主站1返回异常响应帧，本发明优选实施例中，该异常响应帧的控制码帧Z2采用C4H 3BH，长度帧Z3采用04H FBH，校验帧Z5用CRC代表，帧尾Z6采用E5H 1AH，而数据帧Z4采用Bit7至Bit0的8位二进制码，其中第Bit0位代表非法数据，第Bit1位代表数据标识符错。

在主站1与各光伏设备2的数据通信过程中，即上述步骤A至B的过程中，也就是图2所示流程过程中，当主站1与光伏设备2在设定的允许空闲时段内没有互相传输数据，主站1与光伏设备2的数据通信包括如下步骤，

C. 主站1向光伏设备2发送查询心跳数据包；该心跳数据包也是以数据传输帧Z的形式传输；

D. 当主站1在设定的心跳时段内收到光伏设备2的传回的反馈心跳数据包，确认主站与光伏设备通信正常；否则确认主站与光伏设备通信中断。反馈心跳数据包同样是以数据传输帧Z的形式传输。

在主站1与光伏设备2的通信过程中，通过心跳包数据交互，及时反馈各光伏设备2的与主站1的通信情况，能够有效确保通信稳定性。

在主站1与各光伏设备2的数据通信过程中，即上述步骤A至B的过程中，也就是图2所示流程过程中，主站1按设定的校时时间定时地向各光伏设备发出广播校时数据，以确保实时数据的时效准确性。所述广播校时数据还是以数据传输帧Z的形式传输。

Claims (10)

1.一种光伏设备与主站数据通信的方法，基于光伏发电***；其特征在于：

为各光伏设备配置用于采集微气象信息的微气象数据采集单元；令主站能够接收来自各光伏设备的微气象数据，并根据光伏设备的微气象数据预算该光伏设备的发电能力；

所述主站与各光伏设备的数据通信包括如下步骤，

A. 主站按设定的时段分别向各光伏设备发出读取请求数据；

B. 光伏设备在接收到读取请求数据后，根据读取请求数据要请求的反馈数据，向主站传回主站请求数据。

2.根据权利要求1所述的光伏设备与主站数据通信的方法，其特征在于：

在主站与各光伏设备的数据通信过程中，当主站与光伏设备在设定的允许空闲时段内没有互相传输数据，主站与光伏设备的数据通信包括如下步骤，

C. 主站向光伏设备发送查询心跳数据包；

D. 当主站在设定的心跳时段内收到光伏设备的传回的反馈心跳数据包，确认主站与光伏设备通信正常；否则确认主站与光伏设备通信中断。

3.根据权利要求1所述的光伏设备与主站数据通信的方法，其特征在于：

在主站与各光伏设备的数据通信过程中，主站按设定的校时时间定时地向各光伏设备发出广播校时数据。

4.根据权利要求1至3之任一所述的光伏设备与主站数据通信的方法，其特征在于：

主站与各光伏设备的数据通信中，数据都被打包成数据传输帧，该数据传输帧包括帧头、控制码帧、长度帧、数据帧、校验帧和帧尾。

5.根据权利要求4所述的光伏设备与主站数据通信的方法，其特征在于：

所述帧头包括四组字节组，每组字节组包括连续的第一字节和第二字节，所述第二字节是第一字节的反码。

6.一种光伏发电***，其特征在于：

包括至少一光伏设备，以及电连接各光伏设备的主站；所述光伏设备包括用于完成光能转化为电能并输出电能的发电模块，至少一数据采集单元，电连接该数据采集单元的数据采集模块，以及电连接所述数据采集模块的通信模块；各光伏设备借助通信模块电连接所述主站；

所述数据采集单元通过将采集的信息转换为电信号的传感器或者变换器采集针对发电模块的数据；该数据采集单元包括用于采集电气参数的电气数据采集单元，以及用于采集微气象信息的微气象数据采集单元。

7.根据权利要求6所述的光伏发电***，其特征在于：

所述微气象数据采集单元包括用于侦测光照强度的光照强度数据采集单元，用于侦测光照角度的光照角度数据采集单元，用于侦测实时风速的风速数据采集单元，用于侦测实时风向的风向数据采集单元，用于侦测气温的气温数据采集单元，用于侦测相对湿度的湿度数据采集单元，用于采集降水量的降水量数据采集单元，用于采集露点温度的露点温度数据采集单元，用于采集地温的地温数据采集单元，用于采集气压信息的气压数据采集单元，以及用于采集辐射信息的辐射数据采集单元。

8.根据权利要求6所述的光伏发电***，其特征在于：

所述发电模块包括用于将光能转化为电能的至少一光伏单元，用于存储电能的蓄电池，以及用于完成电能转换的功率调节器；所述功率调节器电连接所述光伏单元和蓄电池。

9.根据权利要求8所述的光伏发电***，其特征在于：

所述发电模块还包括电连接所述功率调节器的交直流用电负载。

10.根据权利要求6所述的光伏发电***，其特征在于：

所述电气数据采集单元包括用于采集交流电压参数的电压数据采集单元，用于采集交流电流参数的电流数据采集单元，用于采集有功功率的有功数据采集单元，用于采集无功功率的无功数据采集单元，用于采集功率因数的功率因数数据采集单元，以及用于采集交流电频率的频率数据采集单元。