低壓分布式光伏現(xiàn)場一站式應用系統(tǒng)

摘 要：為提升新能源和配電網(wǎng)的可觀、可測、可控能力，實現(xiàn)光伏逆變器方便、快捷的調(diào)控，提升現(xiàn)場運維效率，提出了低壓分布式光伏現(xiàn)場一站式應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以快速識別出光伏逆變器所使用的規(guī)約協(xié)議，并將規(guī)約協(xié)議下發(fā)至光伏協(xié)議轉換單元，確保主站能夠對光伏逆變器進行統(tǒng)一抄讀和操作。該系統(tǒng)為光伏逆變器的調(diào)控提供了全新的便捷與高效的途徑，有助于促進光伏發(fā)電系統(tǒng)朝著智能化和自動化方向發(fā)展。

關鍵詞：光伏逆變器；規(guī)約協(xié)議；協(xié)議配置APP；通信協(xié)議查找；Modbus；聚類

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）08-0-04

0 引 言

2023年，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布“關于加強新形勢下電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導意見”提出，要提升新能源和配電網(wǎng)的可觀、可測、可控能力，研究分布式電源、可控負荷的匯聚管理形式，實現(xiàn)海量分散可控資源的精準評估、有效聚合和協(xié)同控制，同步加強網(wǎng)絡安全管理。建設技術先進、覆蓋主配、安全可靠、高速傳輸?shù)囊惑w化電力通信專網(wǎng)，為運行控制、故障防御提供堅強技術支撐[1]。

考慮到歷史原因及設備規(guī)范化問題，現(xiàn)有的在用光伏逆變器存在各種各樣的通信協(xié)議差異。即使是同廠家的同類產(chǎn)品，其通信協(xié)議也存在不同，導致在光伏逆變器的“觀、測、控”過程中，協(xié)議適配困難。

以安徽省為例，2023年據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有50家低壓分布式光伏制造商，推出了超過500種產(chǎn)品，并采用了100多種不同的規(guī)約協(xié)議，其中以Modbus協(xié)議為主，同時也包含了DLT645等協(xié)議。繁多的逆變器廠家和型號給現(xiàn)場施工帶來了挑戰(zhàn)，導致施工效率低下、錯誤發(fā)生率上升以及后期維護難度加大等一系列問題[2]。

文獻[3]成功實現(xiàn)了Modbus串行協(xié)議與Modbus TCP/IP協(xié)議的無縫整合，使得光伏逆變器能夠實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡監(jiān)控。文獻[4]則利用MsComm控件實現(xiàn)了串口訪問和Modbus數(shù)據(jù)通信，為光伏逆變器的監(jiān)控提供了有力支持。但上述文獻均未考慮光伏規(guī)約協(xié)議的多樣性，為了解決這一實際應用中的問題，本文提出了低壓分布式光伏現(xiàn)場一站式應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在通過統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)對各種逆變器的廣泛適配，從而簡化調(diào)試流程并提高整體效率。

1 總體方案設計

在低壓臺區(qū)分布式光伏“觀、測、控”應用領域，目前主要由臺區(qū)采集終端通過HPLC與光伏協(xié)議轉換單元進行通信或者光伏協(xié)議轉換單元通過4G通道與主站通信；光伏協(xié)議轉換單元與逆變器通過RS 485等方式通信[5]，實現(xiàn)了光伏逆變器數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測及控制；光伏采集調(diào)控終端的交采功能對用戶計量點電能質量數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控。

為了使低壓分布式光伏現(xiàn)場一站式應用系統(tǒng)具有普適性以及能夠快捷高效的實現(xiàn)光伏協(xié)議轉換單元的協(xié)議下發(fā)和采集，本系統(tǒng)采用主站系統(tǒng)與移動APP相結合的設計，通過HTTP協(xié)議交互，完成實時協(xié)作和通信。

軟件系統(tǒng)主要具有以下特點：

（1）實時更新和同步數(shù)據(jù)，確保移動終端能訪問到最新的協(xié)議版本和協(xié)議修改記錄。

（2）提供相應的用戶界面和交互功能，使得維護人員可以直觀地進行查看、修改等操作[6]。

（3）采用SSL與MD5相結合的數(shù)據(jù)驗證方式，避免數(shù)據(jù)錯誤或泄露的風險，確保協(xié)議文件的完整性。同時，由于光伏分布的隨機性[7]，移動APP可以使現(xiàn)場工作人員隨時隨地訪問協(xié)議庫主站，不受工作場所限制，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

2 主站功能設計

2.1 基于模糊聚類的協(xié)議查找算法

由于光伏逆變器規(guī)約協(xié)議眾多，本文設計了一種協(xié)議查找算法。該算法融合了模糊C均值聚類算法（Fuzzy-C Means， FCM）和排序算法，以快速且精準地檢索目標協(xié)議。同時，該算法還具有高度的可擴展性和靈活性[8]，可以適應不同規(guī)模和復雜度的協(xié)議集合。通過應用該算法，外部應用/系統(tǒng)/APP等可以更加方便地通過逆變器廠商、型號、資產(chǎn)號等條件參數(shù)查詢各種規(guī)約協(xié)議，提高協(xié)議查找效率和準確性。

算法的具體實現(xiàn)如下：

（1）將規(guī)約協(xié)議切片，與協(xié)議屬性共同組成無重復項列表g；然后將每條協(xié)議的相關信息根據(jù)無重復項詞條列表構建詞條向量l，匯總所有詞條向量得到詞條矩陣L，分配到N個

2.2 主站系統(tǒng)設計

主站系統(tǒng)主要包括協(xié)議逆變器信息維護系統(tǒng)及協(xié)議查詢系統(tǒng)。

逆變器信息查詢系統(tǒng)集成了低壓配電臺區(qū)、供電所、臺區(qū)編號、臺區(qū)名稱、光伏戶號、光伏用戶、協(xié)議轉換單元和逆變器的檔案資產(chǎn)信息。協(xié)議逆變器信息維護系統(tǒng)有助于為光伏現(xiàn)場提供尋址、判斷、結果記錄等，為現(xiàn)場一站式應用人員提供便利的輔助信息。

協(xié)議查詢系統(tǒng)集成了協(xié)議轉換單元資產(chǎn)號、逆變器廠家、逆變器型號、特征字等以及地理位置坐標（經(jīng)度和緯度）及其他逆變器特征信息。逆變器廠商、逆變器型號和規(guī)約協(xié)議參數(shù)關系如圖2所示。

在協(xié)議查詢系統(tǒng)內(nèi)維護無重復項詞條列表g，只有當協(xié)議庫中添加新協(xié)議時，該列表才發(fā)生變化。同樣，協(xié)議庫中的協(xié)議根據(jù)FCM算法提前聚類，只有當更改聚類中心數(shù)量，或添加新協(xié)議時才會觸發(fā)重新聚類。當天凌晨，通過服務依據(jù)前一天的協(xié)議查詢次數(shù)矩陣Q將類別矩陣R基于重排算法進行重排操作。當接收到外部應用系統(tǒng)輸入的逆變器廠家和型號等屬性字段時，先將屬性字段等相關信息根據(jù)無重復項詞條列表g構建詞條向量lquery，計算詞條向量lquery與

N個聚類中心的隸屬度，并根據(jù)隸屬度大小確定lquery屬于Rorder的具體列，隨后遍歷具體列匹配最為合適的規(guī)約協(xié)議即可?；贔CM的協(xié)議查找算法流程如圖3所示。

3 協(xié)議配置APP功能設計

3.1 基于模式匹配的協(xié)議分析算法

在對眾多逆變器通信協(xié)議進行深度分析和實踐研究的基礎上[9]，本文研究并運用了一種協(xié)議分析算法。該算法類似于模式匹配方法，能夠實現(xiàn)對現(xiàn)有接入通信協(xié)議的智能識別，并且可以快速識別逆變器的特征字。

假設待解析規(guī)約協(xié)議串為xn，作為對比的規(guī)約協(xié)議串為ym，規(guī)約協(xié)議的長度為d，c表示每次匹配末位的下一個字符。在規(guī)約協(xié)議的解析過程中，固定xn且保持兩個數(shù)據(jù)串左對齊，ym從左向右依次與xn逐個字節(jié)進行匹配，右移的偏移量s（c）根據(jù)比對結果進行確定：

基于模式匹配的協(xié)議分析算法流程如圖4所示。

3.2 協(xié)議配置APP功能模塊

協(xié)議配置APP通過藍牙或Type-C轉接器將APP與協(xié)議轉換器的RS 485/RS 232端口連接。協(xié)議配置APP能夠通過掃碼識別光伏逆變器資產(chǎn)號、逆變器廠家信息及型號等，通過由協(xié)議查詢系統(tǒng)提供的接口獲取對應的協(xié)議版本，并下發(fā)到光伏協(xié)議轉換單元。

當協(xié)議查詢系統(tǒng)無法匹配到合適的協(xié)議時，協(xié)議配置APP動態(tài)獲取逆變器通信的報文xn，設備地址作為對比報文ym，使用基于模式匹配的協(xié)議分析算法對通信協(xié)議報文進行匹配，匹配成功后截取256個字節(jié)報文，與主站系統(tǒng)規(guī)約協(xié)議匹配獲取特征字。隨后，對這些特征字進行判斷，如果發(fā)現(xiàn)特征字既不全為0也不全為F，則確認此規(guī)約協(xié)議適用于該款光伏逆變器。如果所有特征字均為0或所有協(xié)議均為F，則需要獲取新的規(guī)約協(xié)議，并將此協(xié)議添加至轉換器協(xié)議維護平臺。

如此，不僅優(yōu)化了設備的初始配置流程，還提升了后續(xù)操作的效率。系統(tǒng)流程如圖5所示。本文設計的系統(tǒng)結構能夠有效實現(xiàn)逆變器和智能終端之間的通信和數(shù)據(jù)交互，同時確保主站對光伏系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。通過協(xié)議轉換單元的中轉作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制指令的下發(fā)，為光伏系統(tǒng)的運行提供了更加可靠和便捷的管理手段[10]。

此外，協(xié)議配置APP可實時讀取逆變器的關鍵參數(shù)，例如電壓、電流和總有功功率等[11]。為現(xiàn)場應用人員提供數(shù)據(jù)的驗證校驗，確保數(shù)據(jù)采集成功。

4 驗證應用

4.1 主站系統(tǒng)

4.1.1 逆變器信息維護系統(tǒng)

逆變器信息維護系統(tǒng)以表格形式展示的臺區(qū)、用戶、協(xié)議轉換單元和逆變器的信息如圖6所示，支持多條件查詢、導出功能。

4.1.2 協(xié)議查詢系統(tǒng)

協(xié)議查詢系統(tǒng)主要以表格形式展示，具有新增、導入、模糊查詢和分頁查詢等功能。規(guī)約協(xié)議庫如圖7所示。

4.2 協(xié)議配置APP

協(xié)議轉換單元調(diào)試涉及與光伏發(fā)電系統(tǒng)相關通信協(xié)議的測試和調(diào)試工作。這些協(xié)議通常用于監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)采集，以確保光伏系統(tǒng)的正常運行和性能優(yōu)化[12]。圖8展示了協(xié)議配置APP的一鍵安裝功能，通過現(xiàn)場的協(xié)議單元ID、廠商、型號等，獲取規(guī)約協(xié)議信息，并對協(xié)議信息下發(fā)至協(xié)議轉換單元后讀取到的逆變器的電壓、電流、總有功功率等進行數(shù)據(jù)校驗[13]。

5 結 語

本文提出的低壓分布式光伏現(xiàn)場一站式應用系統(tǒng)可以在現(xiàn)場使用軟硬件快速調(diào)控光伏逆變器，節(jié)省了現(xiàn)場工作人員的時間和精力，同時也提高了工作效率和工作品質，可以促進光伏行業(yè)的發(fā)展，更好地推廣和應用先進技術，增強行業(yè)競爭力和創(chuàng)新能力，提高行業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

注：本文通訊作者為韓周。

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