CN105515208A - 一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏——储能***及其内部数据交换的通信方法，包括光伏发电***和储能***,所述光伏发电***包括光伏阵列和光伏发电逆变器，所述储能***包括5个双向充放电变换器单元及其对应的相同储能介质，所述双向充放电变换器单元分别为双向充放电变换器1、2、3、4和5，5个所述双向充放电变换器单元的直流输入正端和负端都分别连接到该直流母线的正负端；本发明解决了光伏发电***与储能***间、储能***内部的主机与从机间以及双向充放电变换器1与触摸屏间数据交换问题，使得***控制明了清晰，有利于实现***能量的协调控制与相关显示等功能，具有广阔的应用前景。

Description

一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电与储能技术领域，具体涉及一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法。
背景技术
由于太阳能具有间歇性、波动性等特点，所以太阳能光伏发电***输出的电能也存在间歇性和波动性，对于光伏并网发电***而言，注入电网的能量不稳定，导致电能质量较差，同时可能导致电网***的安全性变差。对于光伏离网发电***而言，表现为负载所获得的电压或频率不稳定，有可能损坏用电设备，同时在光线较弱，甚至黑暗时光伏电池不能发电，导致用电设备停电。因此，需要一定的储能***进行平抑光伏发电***的波动，利于为电网或用电设备提供稳定的电能。本发明将光伏发电***和储能***结合在一起的***称为光伏—储能***。
为了便于模块化设计，光伏—储能***中的光伏发电***和储能***各自具有相应的控制***，因此，光伏发电***和储能***间、储能***内部都需要进行数据交换，以便进行高效的能量协调控制。数据交换的形式一般包括有线通信方式和无线通信方式。由于光伏发电***和储能***一般会安装在一起，距离相对较近，同时光伏—储能***对数据交换的实时性强，所以通常采用有线通信方式。有线通信方式通常采用现场总线形式，现场总线包括Modbus总线、CAN总线、Profibus总线等。其中，Modbus总线可以支持较多类型的电气接口，例如RS232、RS485、RS422、RJ45，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线射频等。同时其帧格式较为简单、紧凑，格式规范，易于传输，通俗易懂.
因此需要提供一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法来实现光伏—储能***中的光伏发电***和储能***间高效的能量协调控制，从而实现数据交换。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法,解决了光伏发电***和储能***间以及储能***内部进行数据交换的问题，以便实现更为高效的能量协调控制。
一种光伏—储能***，所述光伏—储能***包括光伏发电***和储能***,所述光伏发电***包括光伏阵列和光伏发电逆变器，所述储能***包括5个双向充放电变换器单元及其对应的相同储能介质，所述双向充放电变换器单元分别为双向充放电变换器1、2、3、4和5，5个所述双向充放电变换器单元的直流输入正端和负端都分别连接到该直流母线的正负端,所述双向充放电变换器1的输出连接自己的储能介质，其他4个双向充放电变换器单元的输出也连接自己的储能介质。
优选地，所述储能介质为铅酸蓄电池、锂离子电池或超级电容器中的一种。
优选地，所述光伏—储能***包括光伏阵列、负载或电网以及储能介质三个能量端口；
当光伏阵列输出功率大于负载或电网所需功率时，多余的输出功率通过双向充放电变换器单元给储能介质充电；
当光伏阵列输出功率小于负载或电网所需功率时，缺少的功率由储能介质通过双向充放电变换器单元发电进行补充；
当光伏阵列输出功率等于负载或电网所需功率时，储能介质不充电，也不放电。
优选地，所述5个双向充放电变换器单元中，所述双向充放电变换器1为主机，其余4个双向充放电变换器单元为从机，所述主机向4个所述从机发送运行与停止命令、充电或放电参考功率，4个所述从机向所述主机回送各自的运行状态、储能介质的电压和电流、各自直流母线侧的充电或放电电流。
一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，所述光伏—储能***为上述***，所述通信方法包括以下步骤：
S1，所述光伏发电***与储能***间通过RS485物理接口连接，光伏发电***的RS485通信接口的A端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的A端都连接在一起，连接后为A1端；光伏发电***的RS485通信接口的B端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的B端都连接在一起，连接后为B1端；
S2，所述储能***内部的5个双向充放电变换器单元通过各自的RS485_2通信接口进行物理连接，双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的A端都连接在一起，连接后为A2端；双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的B端都连接在一起，连接后为B2端；
S3，所述储能***的物理量通过触摸屏进行显示，通过所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口与所述触摸屏的RS485之间进行物理连接完成的，所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的A端与所述触摸屏的RS485的A端连接在一起，连接后为A3端；所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的B端与所述触摸屏的RS485的B端连接在一起，连接后为B3端。
优选地，所述光伏发电***与所述储能***间数据交换通信采用Modbus协议的16号功能。
优选地，所述双向充放电变换器1与所述双向充放电变换器2、3、4、5之间的数据交换通信采用Modbus协议的03号功能。
优选地，所述双向充放电变换器1与所述触摸屏间的数据交换通信采用Modbus协议的03号功能。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，本发明解决了光伏发电***与储能***间、储能***内部的双向充放电变换器1（主机）与双向充放电变换器2、3、4、5（从机）间以及双向充放电变换器1与触摸屏间数据交换问题，使得***控制明了清晰，有利于实现***能量的协调控制与相关显示等功能，具有广阔的应用前景。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明光伏—储能***的结构示意图；
图2是本发明光伏—储能***内部数据交换的通信连接图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1，本发明公开了一种光伏—储能***，该光伏—储能***由光伏发电***和储能***两部分组成，如图1所示，图1是本发明光伏—储能***的结构示意图。光伏发电***由光伏阵列和光伏发电逆变器组成，为负载供电或将能量注入电网。储能***由5个双向充放电变换器单元及其对应的相同储能介质组成，储能介质可以是铅酸蓄电池、锂离子电池或超级电容器，双向充放电变换器单元分别为双向充放电变换器1、2、3、4、5，5个双向充放电变换器单元的直流输入正端进行并联，连接到光伏发电***的光伏阵列输出（+）端，5个双向充放电变换器单元的直流输入负端进行并联，连接到光伏发电***的光伏阵列输出（—）端，定义光伏发电***的光伏阵列输出（+）端和（—）端为直流母线的正负端，因此5个双向充放电变换器单元的直流输入正端和负端都分别连接到该直流母线的正负端。双向充放电变换器1的输出连接自己的储能介质，同理，其他4个双向充放电变换器单元的输出也连接自己的储能介质。
由此可见，该光伏—储能***存在光伏阵列、负载或电网、储能介质三个能量端口，当光伏阵列输出功率大于负载或电网所需功率时，多余的输出功率通过双向充放电变换器单元给储能介质充电；当光伏阵列输出功率小于负载或电网所需功率时，缺少的功率由储能介质通过双向充放电变换器单元发电进行补充；当光伏阵列输出功率等于负载或电网所需功率时，储能介质不充电，也不放电。若以储能***作为能量协调控制的主体，则光伏发电***需要向储能***提供的数据应包括光伏发电***的运行状态、光伏阵列的输出功率、光伏阵列的最优电压以及负载或电网所需功率，有了上述数据，储能***可以顺利地执行上述三个能量端口间的功率流动问题。
对于储能***而言，其又包括5个双向充放电变换器单元及其对应的储能介质，不管储能***充电还是放电，都要求5个双向充放电变换器单元均分功率，所以5个双向充放电变换器单元也需要交换数据，若以双向充放电变换器1作为主机，其余4个双向充放电变换器单元作为从机，则主机需要向4个从机发送运行与停止命令、充电或放电参考功率，4个从机向主机回送各自的运行状态、储能介质的电压和电流、各自直流母线侧的充电或放电电流。有了上述数据，5个双向充放电变换器单元可以均分功率，同时主机可以通过触摸屏来显示5个双向充放电变换器单元的电压、电流等物理量。
根据上述光伏—储能***的结构以及光伏发电***和储能***间以及储能***内部需要交换的数据，提出对应的数据交换通信方法：
具体的通信连接方式如图2所示，1）光伏发电***与储能***间通过RS485物理接口连接，光伏发电***的RS485通信接口的A端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的A端都连接在一起，命名为A1端；光伏发电***的RS485通信接口的B端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的B端都连接在一起，命名为B1端。2）储能***内部的5个双向充放电变换器单元通过各自的RS485_2通信接口进行物理连接，双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的A端都连接在一起，命名为A2端；双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的B端都连接在一起，命名为B2端。3）储能***的物理量可以通过触摸屏进行显示，它是由双向充放电变换器1的RS485_3通信接口与触摸屏的RS485之间进行物理连接完成的，双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的A端与触摸屏的RS485的A端连接在一起，命名为A3端；双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的B端与触摸屏的RS485的B端连接在一起，命名为B3端。
1）光伏发电***与储能***间数据交换的通信方法：
以上述物理连接为基础，光伏发电***为主机，储能***的5个双向充放电变换器单元为从机。光伏发电***的通信方式为广播模式，对应的站号为00。双向充放电变换器1、2、3、4、5对应的站号分别为01、02、03、04、05。采用RTU模式进行数据传送，每个数据包括1个起始位和1个停止位，通信波特率19.2kBPS。采用Modbus协议的16（即16进制10H）号功能，由主机定期（例如10ms）向5个从机发送4个字的数据：光伏发电***的运行状态（state）、光伏阵列的输出功率(Ppv)、光伏阵列的最优电压(Vmppt)以及负载或电网所需功率(Po)。
主机请求按照表1的格式进行发送，每个从机都会收到表1的信息，从而使得储能***的5个双向充放电变换器单元以功率均分的形式进行充电或放电等控制。
表1
2）双向充放电变换器1（主机）与双向充放电变换器2、3、4、5（从机）间数据交换通信方法：
以上述物理连接为基础，双向充放电变换器1为主机，其余双向充放电变换器2、3、4、5都为从机。双向充放电变换器1、2、3、4、5对应的站号分别为01、02、03、04、05。采用RTU模式进行数据传送，每个数据包括1个起始位和1个停止位，通信波特率9600BPS。
采用Modbus协议的03号功能，由主机定期（例如200ms）从4个从机读取4个字的数据：双向充放电变换器单元的运行状态（state1）、储能介质的电压（Vbat）和电流（Ibat）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus）。
主机请求按照表2格式进行发送，其中0X表示02、03、04、05。
表2
各个从机按照表3进行应答，其中0X表示02、03、04、05。
表3
通过上述通信进行数据交换，主机可以获得每个从机的相关物理量，从而进行显示。
3）双向充放电变换器1与触摸屏间数据交换通信方法
以上述物理连接为基础，触摸屏为主机，双向充放电变换器1为从机，其站号为01。采用RTU模式进行数据传送，每个数据包括1个起始位和1个停止位，通信波特率9600BPS。
采用Modbus协议的03号功能，由主机定期（例如2s）从从机读取17个字的数据：直流母线电压（Vdc）、双向充放电变换器1的运行状态（state2）、储能介质的电压（Vbat1）和电流（Ibat1）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus1）；双向充放电变换器2的储能介质的电压（Vbat2）和电流（Ibat2）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus2）；双向充放电变换器3的储能介质的电压（Vbat3）和电流（Ibat3）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus3）；双向充放电变换器4的储能介质的电压（Vbat4）和电流（Ibat4）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus4）；双向充放电变换器5的储能介质的电压（Vbat5）和电流（Ibat5）、直流母线输入侧的充电或放电电流（Ibus5）。
主机请求按照表4格式进行发送。
表4
从机按照表5进行应答。
表5
通过上述通信处理，触摸屏可以进行相关物理量的显示。
由此可见，本发明解决了光伏发电***与储能***间、储能***内部的双向充放电变换器1（主机）与双向充放电变换器2、3、4、5（从机）间以及双向充放电变换器1与触摸屏间数据交换问题，使得***控制明了清晰，有利于实现***能量的协调控制与相关显示等功能，具有广阔的应用前景。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏—储能***，其特征在于，所述光伏—储能***包括光伏发电***和储能***,所述光伏发电***包括光伏阵列和光伏发电逆变器，所述储能***包括5个双向充放电变换器单元及其对应的相同储能介质，所述双向充放电变换器单元分别为双向充放电变换器1、2、3、4和5，5个所述双向充放电变换器单元的直流输入正端和负端都分别连接到该直流母线的正负端,所述双向充放电变换器1的输出连接自己的储能介质，其他4个双向充放电变换器单元的输出也连接自己的储能介质。
2.根据权利要求1所述的光伏—储能***，其特征在于，所述储能介质为铅酸蓄电池、锂离子电池或超级电容器中的一种。
3.根据权利要求1所述的光伏—储能***，其特征在于，所述光伏—储能***包括光伏阵列、负载或电网以及储能介质三个能量端口；
当光伏阵列输出功率大于负载或电网所需功率时，多余的输出功率通过双向充放电变换器单元给储能介质充电；
当光伏阵列输出功率小于负载或电网所需功率时，缺少的功率由储能介质通过双向充放电变换器单元发电进行补充；
当光伏阵列输出功率等于负载或电网所需功率时，储能介质不充电，也不放电。
4.根据权利要求1所述的光伏—储能***，其特征在于，所述5个双向充放电变换器单元中，所述双向充放电变换器1为主机，其余4个双向充放电变换器单元为从机，所述主机向4个所述从机发送运行与停止命令、充电或放电参考功率，4个所述从机向所述主机回送各自的运行状态、储能介质的电压和电流、各自直流母线侧的充电或放电电流。
5.一种光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，所述光伏—储能***为上述***，其特征在于，所述通信方法包括以下步骤：
S1，所述光伏发电***与储能***间通过RS485物理接口连接，光伏发电***的RS485通信接口的A端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的A端都连接在一起，连接后为A1端；光伏发电***的RS485通信接口的B端与双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_1通信接口的B端都连接在一起，连接后为B1端；
S2，所述储能***内部的5个双向充放电变换器单元通过各自的RS485_2通信接口进行物理连接，双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的A端都连接在一起，连接后为A2端；双向充放电变换器1、2、3、4、5的RS485_2通信接口的B端都连接在一起，连接后为B2端；
S3，所述储能***的物理量通过触摸屏进行显示，通过所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口与所述触摸屏的RS485之间进行物理连接完成的，所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的A端与所述触摸屏的RS485的A端连接在一起，连接后为A3端；所述双向充放电变换器1的RS485_3通信接口的B端与所述触摸屏的RS485的B端连接在一起，连接后为B3端。
6.根据权利要求5所述的光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，其特征在于，所述光伏发电***与所述储能***间数据交换通信采用Modbus协议的16号功能。
7.根据权利要求5所述的光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，其特征在于，所述双向充放电变换器1与所述双向充放电变换器2、3、4、5之间的数据交换通信采用Modbus协议的03号功能。
8.根据权利要求5所述的光伏—储能***以及其内部数据交换的通信方法，其特征在于，所述双向充放电变换器1与所述触摸屏间的数据交换通信采用Modbus协议的03号功能。
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