太阳能光伏电站系统网络通讯协议[发明专利]

*CN1026339A*

(10)申请公布号 CN 1026339 A(43)申请公布日 2012.07.04

(12)发明专利申请

(21)申请号 201210016975.4(22)申请日 2012.01.19(71)申请人王生洪

地址新区新佳园13-1601申请人杜映红(72)发明人杜映红 王生洪 马和平(74)专利代理机构常州市维益专利事务所

32211

代理人路接洲(51)Int.Cl.

H04L 12/40(2006.01)H04L 29/06(2006.01)H02N 6/00(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页权利要求书1页 说明书4页 附图2页

()发明名称

太阳能光伏电站系统网络通讯协议(57)摘要

本发明涉及一种太阳能光伏电站系统网络通讯协议，包括两个或多个双向接口电路，所述的两个或多个双向接口电路之间连接有一根公共接地线以及一根双向信号传送线，两个或多个接口电路之间通过双向信号线进行信号的传输。本发明采用的通讯协议非常简单，器件成本低，并且抗干扰能力比较强，组件与组件之间不会因为电磁的干扰而造成误操作。

CN 1026339 ACN 1026339 A

权 利 要 求 书

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1.一种太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：包括两个或多个双向接口电路，所述的两个或多个双向接口电路之间连接有一根公共接地线以及一根双向信号传送线，两个或多个接口电路之间通过双向信号线进行信号的传输。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述的双向信号线传输0和1的二进制信息，所述的0的信息定义为电平由高变低，所述的1的信息定义为电平由低变高。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述的两个或多个双向接口电路中有一个是作为控制端和其余的作为受控端，所述的控制端为中心控制室，受控端为光伏组件或者链接光伏组件的逆变器，所述的控制端发出寻址、控制指令和控制数据到受控端并接受受控端传回的数据；所述的受控端接受控制端发来的指令或数据并按指令或数据的要求改变组件逆变器的设定或把本组件的运行数据通过同一根信号线反传回到控制端。

4.如权利要求3所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述的光伏组件每n个组件组成一个组，m个组组成一个太阳能电站。

5.如权利要求1所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述的双向接口电路为CMOS双向接口电路、光电耦合电路或任一种可双向传送信号的接口电路。

6.如权利要求1所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述的信号传输模式包括前传和回传两种，所述的信号前传模式由启动位、地址选择位、地址位、数据选择位、数据位、校验位和结束位组成；所述的信号回传模式由启动位、数据位、校验位以及结束位组成。

7.如权利要求1所述的太阳能光伏电站系统网络通讯协议，其特征在于：所述光伏组件包含逆变器或不包含逆变器。

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说 明 书

太阳能光伏电站系统网络通讯协议

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技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，尤其是一种使用太阳能光伏组件组网建站的网

络通讯协议。

[0001]

背景技术

传统的太阳能光伏发电系统由许多太阳能光伏电池组件按照一定的组件布排规

则组成太阳能光伏组件阵列并在阵列末端经汇流箱汇流形成光伏发电系统。按照用电设备的需求，光伏发电系统可以分为直流发电系统、交流发电系统和(交流)并网发电系统。交流光伏发电系统须将每块光伏组件产生的直流电经逆变器转换成交流电供交流用电设备使用。按照光伏组件电流汇流方式及其直流/交流逆变节点不同，用于交流光伏发电系统的光伏组件阵列可以分为光伏阵列集中逆变组网拓扑、光伏阵列组串逆变组网拓扑和光伏阵列组件逆变组网拓扑三种交流光伏发电组网拓扑。[0003] 处于自然环境下工作的光伏组件，组件局部阴影遮蔽、组件受光面灰层分布不均匀以及部分电池隐裂都将导致光伏组件功率降低甚至失效。在阵列集中逆变组网拓扑和组串分层逆变组网拓扑的结构中，单块组件的功率降低和失效会导致整个发电系统功率的大幅降低。其中阵列集中逆变导致的系统整体功率损失大于组串分层逆变所致的系统整体功率降低。因此，采用光伏电站建站组网逆变单元的渐次最小化，可以有效的减少因个别光伏组件功率降低导致的系统整体功率的大幅降低，促成发电系统整体光伏资源利用率的提高。面向光伏组件的微型逆变器与组件的组合使用，达成了光伏交流发电系统逆变单元的最小化，因此基于微型逆变器的组件逆变光伏建站组网拓扑结构是迄今为止通过组网拓扑提高光伏资源利用率最有效的一种方法。

[0004] 基于微型逆变器的组件逆变组网拓扑不仅促成了太阳能电站光伏资源利用率的有效提高，而且客观上要求在光伏电站主控室与所有最小逆变单元之间架构行之有效的通讯网络，藉以确保在太阳能光伏电站发电系统中，电站主控室对微型逆变器及其组件实施实时工况监视、故障诊断及其管理。这种面向电站主控室、覆盖太阳能光伏电站光伏阵列且通达光伏组件层级的智能通讯网络应当满足传输距离远、信息及信号传输可靠性高、网络运行故障率低且环境抗干扰强以及组网成本低的特点。

[0005] 目前光伏微型逆变器通常采用的无线通讯(WIFI)或电力线载波通讯(PLC-Power Line Communication)方式具有如下特点：

[0002] [0006]

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说 明 书

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其中无线通讯及其电力线载波通讯方式所采用的通讯协议的复杂性是造成器件

成本较高的主要致因；在不采用中继方式条件下，无线通讯及其电力线载波通讯方式的信号传输距离较短；无线通讯方式抗干扰能力较差，这在存在大量电磁干扰的环境下尤为突出。采用微型逆变器作为并网逆变最小单元的太阳能光伏组件阵列大量地使用了内嵌式电感元件，这些电感元件所产生的电磁干扰，将直接导致基于无线通讯方式或是电力线载波通讯方式进行信号传输可靠性的急剧降低。此外，无线通讯和电力线载波通讯方式数据有效传输距离提升与附加硬件设备成本与功耗之间的矛盾，也是阻碍微型逆变器用于大型地面电站的一个重要致因。按照1.2平方米/100W的土地资源耗用量计算，10MW地面光伏电站将耗用12万平方米以上的土地资源，这是一个拥有5万块光伏组件、350X350平方米的巨大方阵。除了众多电磁干扰源的存在和大量的信号传输中继设备的投入、维护人员人力资源的增加，信号传输延迟也是必须考虑的问题。

[0007]

发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是：提出一种针对光伏电站组件阵列和电站主控室之间的通讯协议。

[0009] 本发明所采用的技术方案为：一种太阳能光伏组件网络通讯协议，包括两个或多个双向接口电路，所述的两个或多个双向接口电路之间连接有一根公共接地线以及一根双向信号传送线，两个或多个接口电路之间通过双向信号线进行信号的传输。[0010] 具体的说，本发明所述的双向信号线传输0和1的二进制信息，编码使用″Manchester Code″，即所述的0的信息定义为电平由高变低，所述的1的信息定义为电平由低变高。信号线电平的高低可根据使用环境取通常的低压逻辑电平如2.5V，3.3V或高压电平从11V到18V。

[0011] 本发明所述的双向接口电路为CMOS双向接口电路、光电耦合电路或任一种可双向传送信号的接口电路。所述的双向接口电路分别作为控制端和受控端，所述的控制端为中心控制室，受控端为光伏组件、带有微型逆变器的光伏组件或者微型逆变器(合称为最小受控单元)或者不带有逆变器而仅有数据采集及通讯功能。每n个最小受控单元(简称受控端)组成一个组，m个组组成一个太阳能电站。所述的控制端发出寻址、控制指令和控制数据到受控端并接受受控端传回的数据；所述的受控端接受控制端发来的指令或数据并按指令或数据的要求改变组件逆变器的设定或把本组件的运行数据通过同一根信号线反传回到控制端。所述的信号传输模式包括前传和回传两种，所述的信号前传模式由启动位、地址选择位、地址位、数据选择位、数据位、校验位和结束位组成；所述的信号回传模式由启动位、数据位、校验位以及结束位组成。

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说 明 书

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本发明的有益效果是：采用的通讯协议非常简单，基于这样的通讯协议的通讯器

件成本低，并且抗干扰能力比较强，最小受控单元之间不会因为电磁的干扰而造成误操作。附图说明

[0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018]

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是光伏电站组件阵列通讯网络图；图3是前传信号格式示意图；图4是回传信号格式示意图；

图5中a是由前传向回传过度时序图；b是回传向前传过度和前传到前传过度时

序图。

具体实施方式

[0019] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。[0020] 图一中的双向接口电路分别是控制端和受控端的通信接口，其为CMOS双向接口电路。图一中的控制端处于电站的中心控制室，控制端是通讯总线的主控者(Master)。控制端它将寻址信息、控制指令和控制数据发送到受控端并接受受控端传回的数据。受控端(Slaver)是光伏电站阵列中的光伏组件或者连接光伏组件的逆变器。它接受控制端发来的指令和数据并按指令的要求改变组件或者逆变器的设定和工作状态，或者将本组件的运行数据通过同一根信号线反传回到控制端。图二给出了一个光伏电站组件阵列通讯网络连接图。

[0021] 控制端和受控端的信息交换格式或协议框架如图三所示。一共有22位。下面列表说明：

[0022]

考虑到太阳能光伏电站对作为最小受控单元的光伏组件或者逆变器的信息交换

量并不大，速度要求也不高，所以信号传送速率可定为1MHz(T＝1s)。当没有信号传送时信号线的电平维持高位。前传信号由控制端发出。

[0024] 协议中设定SA做为最小受控单元的地址选择功能是为了可方便的进行一组太阳

[0023]

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说 明 书

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能光伏组件的控制。对于一个大型的电站往往更需要对一组组件进行同步控制。协议中的SA位提供了这种功能。当SA是‘1’时地址位AB7-AB0代表的是一组光伏组件的地址，当SA是‘0’时地址位AB7-AB0代表的是该组中每一个组件的地址。

[0025] 协议中的SD作为光伏组网络控制命令和控制数据的选择信号，当SD是‘1’时数据位CD7-CD0代表的是控制端对受控端发出的操作命令。当SD是‘0’时数据位CD7-CD0代表的是操作参数。

[0026] 奇偶校验位用于受控端对所接受到的信号进行错误校验。

[0027] 协议中设定信号的传输频率定为1MHz(T＝1us).也可根据网络节点的多少或信号线的长短定位为从500KHz～5MHz(T＝2～0.2us)。

[0028] 协议中采用1MHz的信号传送速率是考虑到组网时所用的导线可以采用普通的导线因而可降低成本。如果网络规模比较大而且希望信息交换速度快时可以提高协议中的信号传送速率。

[0029] 图四给出的是回传信号。回传信号由作为终端的最小受控单元发出。因为终端是受控端，且最小受控单元主要回传终端的一些运行状态信息，所以只需要数据位(BW7-BW0)。

[0030] 图五给是信号切换过程时序。因为是单总线形式，所以必须采用分时方式进行前传和回传。

[0031] 图五中的j和k可根据网络的大小和连线的长度而定。一般要求＞10T.定在10T～25T比较好，太大了会造成等待时间太长因而降低通讯控制的速度。

[0032] 图三中的地址位AB7-AB0是基于网络中每组太阳能光伏组件数m不超过256个，每个太阳能电站组数n不超过256组而定的。本发明也适用于太阳能光伏电站组网拓扑结构中光伏组件数大于65536块、即组数大于256、每组组件数大于256块的情况。这时只需将地址位数根据网络大小增加地址的位数。

[0033] 图三中的数据位CD7-CD0是基于太阳能光伏电站中组件的受控操作指令集不大于256条命令，控制数据不大于256组数据而定的。其具体位数也可视具体的太阳能光伏系统中需控制的操作的命令及所需的操作数据要求将数字位数增加或减少。[0034] 以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

图4

图5

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