在當今日益發展的電力系統中，光伏儲能技術以其獨特的優勢逐漸嶄露頭角，成為可再生能源領域的重要組成部分。而在光伏儲能系統的執行與監控中，通訊協議的選擇與實現則顯得至關重要。本文將重點介紹光伏儲能系統中的Modbus協議、電力IEC 61850平臺，以及如何透過協議轉換閘道器實現Modbus轉IEC 61850的連線，為電力系統的穩定執行與智慧化管理提供有力支援。
一、Modbus協議在光伏儲能系統中的應用
Modbus協議是一種廣泛應用於工業自動化領域的通訊協議，具有簡單、可靠、易於實現等特點。在光伏儲能系統中，Modbus協議主要用於實現儲能裝置、逆變器、電池管理系統等元件之間的資料交換與監控。透過Modbus協議，可以實時獲取儲能裝置的執行狀態、電量資訊、故障報警等關鍵資料，為系統監控與管理提供可靠依據。
具體來說，Modbus協議在光伏儲能系統中的應用主要體現在以下幾個方面：
- 裝置監控：透過Modbus協議，可以實時監控儲能裝置的執行狀態，包括電壓、電流、功率、溫度等關鍵引數。當裝置出現故障或異常情況時，系統會及時發出報警資訊，提醒運維人員進行處理。
- 資料採集：Modbus協議支援多種資料型別和暫存器結構，可以方便地採集儲能裝置的各種資料。這些資料可以用於系統分析、故障診斷、效能最佳化等方面，提高系統的執行效率和可靠性。
- 遠端控制：透過Modbus協議，可以實現對儲能裝置的遠端控制，包括啟停控制、引數設定、模式切換等。這有助於實現儲能系統的智慧化管理和自動化控制，降低運維成本和提高管理效率。
二、電力IEC 61850平臺介紹
IEC 61850是電力系統自動化領域的國際標準，它定義了變電站內各種裝置之間以及裝置與控制中心之間的通訊規範。IEC 61850平臺以物件導向的資訊模型為基礎，透過標準化的資料模型和服務介面，實現了裝置之間的資訊互動和互操作性。在光伏儲能系統中，IEC 61850平臺可以實現與電網排程中心、能源管理系統等外部系統的無縫對接，為系統的整合和擴充套件提供了便利。
IEC 61850平臺的特點包括：
- 標準化：IEC 61850平臺採用統一的資料模型和服務介面，實現了裝置之間的資訊互動和互操作性。這有助於降低系統整合成本和提高系統可靠性。
- 物件導向：IEC 61850平臺採用物件導向的資訊模型，將裝置的功能和屬性抽象為物件，便於進行資訊建模和資料分析。
- 實時性：IEC 61850平臺支援實時資料傳輸和事件通知機制，可以確保資料的及時性和準確性。
- 安全性：IEC 61850平臺提供了豐富的安全特性，包括訪問控制、資料加密、身份認證等，確保系統的安全性和可靠性。
三、透過協議轉換閘道器實現Modbus轉IEC 61850連線平臺
在實際應用中，光伏儲能系統往往需要同時支援Modbus協議和IEC 61850平臺。為了實現這兩種協議之間的無縫對接，可以採用協議轉換閘道器進行轉換。協議轉換閘道器是一種專門用於實現不同通訊協議之間轉換的裝置，它可以將Modbus協議的資料轉換為IEC 61850平臺所需的資料格式，並將IEC 61850平臺的資料轉換為Modbus協議所需的資料格式。
透過協議轉換閘道器實現Modbus轉IEC 61850連線平臺的過程如下：
- 配置閘道器：首先需要對協議轉換閘道器進行配置，設定Modbus協議的引數（如裝置地址、波特率、資料位等）和IEC 61850平臺的引數（如IP地址、埠號等）。
- 資料對映：根據實際需求，建立Modbus協議與IEC 61850平臺之間的資料對映關係。這需要將Modbus協議的暫存器地址和資料型別與IEC 61850平臺的資訊模型進行對應。
- 資料轉換：當Modbus裝置傳送資料時，協議轉換閘道器會將其轉換為IEC 61850平臺所需的資料格式，併傳送給IEC 61850平臺。同樣地，當IEC 61850平臺傳送資料時，協議轉換閘道器會將其轉換為Modbus協議所需的資料格式，併傳送給Modbus裝置。
- 監控與管理：透過協議轉換閘道器，可以實現對光伏儲能系統的實時監控與管理。運維人員可以透過IEC 61850平臺獲取儲能裝置的執行狀態、電量資訊、故障報警等關鍵資料，並進行遠端控制和引數設定等操作。同時，也可以將光伏儲能系統的資料整合到能源管理系統等外部系統中，實現更加全面和深入的資料分析與管理。
透過以上介紹，我們可以看出，透過採用Modbus協議、IEC 61850平臺和協議轉換閘道器等技術手段，可以實現光伏儲能系統的智慧化監控與管理，提高系統的執行效率和可靠性。
1 設定閘道器採集modbus從站資料
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硬體連線。首先確認裝置的介面是RS232還是RS485介面。並按如下的方式進行連線。
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在電腦上開啟VFBOX Studio配置軟體。新建工程，選擇對應的裝置型別。裝置型別檢視裝置背面的標籤。可選的型號有：VB301-1100，VB301-1200，VB301-1400，VB302-2400，VB303-2400.
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點選 新建裝置，選擇modbus RTU驅動。
- 輸入裝置名稱，自己定義裝置名稱。
- 輸入和裝置相同的串列埠引數。比如，裝置的波特率是9600，則下面的對話方塊也選擇9600.
- 增加要採集的資料。輸入資料的資料型別和暫存器地址。
- 填寫說明。在新增“地址”的時候需要對modbus的通訊指令有一些瞭解，這裡面有一些預設的規則。可先檢視裝置的說明書，找到要讀取的地址。然後透過對比下表進行設定。
資料區
功能說明
0X Digital Coils
資料型別：Boolean
讀寫：可讀寫
暫存器地址：00001-09999（10進位制）， 協議地址：0000H-270FH（16進位制）
對應的功能碼：01H 05H 0FH
1X digital Inputs
資料型別：Boolean
讀寫：只讀
暫存器地址：10001-19999（10進位制）， 協議地址：0000H-270FH（16進位制）
對應的功能碼：02H
3X Analog Inputs
資料型別：
1 Register: short word
2 Register: Long Dword float
4 Register: LLong Qword Double
讀寫：只讀
暫存器地址：30001-39999（10進位制）， 協議地址：0000H-270FH（16進位制）
對應的功能碼：04H
4X Holding Registers
資料型別：
1 Register: short word
2 Register: Long Dword float
4 Register: LLong Qword Double
讀寫：可讀寫
地址範圍：40001-49999（10進位制），0000H-270FH（16進位制）
對應的功能碼：03H 06H 10H
其他說明：
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地址可填寫5位或者6位的地址長度。
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如果裝置的地址是從0開始，則設定閘道器時地址加1。
-
地址是10進位制。
舉例1：假設要讀取的地址是40015，資料型別是float，地址從0開始，則檢視上表，40015對應的資料區是“4X Holding Registers”，且資料型別是float，則資料區選擇“4X Holding Registers（2 Registers）”，裝置地址從0開始，則在閘道器裡配置為40016，配置如下：
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舉例2：假設讀取資料的功能碼是03，地址是0x39，地址從1開始，資料型別是double。檢視上表可知，03功能碼對應的資料區是“4X Holding Registers”，資料型別是double，則資料區選擇“4X Holding Registers（4 Registers）”，地址是0x39，轉換成10進位制是57，則設定如下：
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設定完成後，點選選單“下載”，把工程下載到閘道器裡。
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點選選單“檢視資料”，檢視閘道器採集到的資料。
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- 如果顯示的資料和實際不匹配，可能是位元組順序要調整。在下面的視窗中可以修改波特率，掃描間隔，通訊超時，位元組順序等引數。
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- 資料型別
閘道器支援多種資料型別，使用者在新增的時候可以根據採集到資料選擇對應的資料型別。不同的裝置可能有不同的資料型別名稱，可對應選擇。
Boolean
位，布林變數。變數儲存為 8 位（1 個位元組）的數值形式，但只能是True 或是 False。
Char
有符號數，有負數。佔用一個位元組，8位。
Byte
無符號數，佔用一個位元組，8位。
Short
有符號短整型。有負數。長度2個位元組，16位。
Word
無符號的短整型，長度2個位元組，16位。
Long
有符號長整型，有負數。長度4個位元組，取值範圍為：-2^31 ~ (2^31 -1)。
DWord
無符號的長整型，且佔4個位元組，32位。
Float
單精度浮點型資料，長度 4 個位元組，包括一個符號位、一個 8 位 二進位制指數和一個 23 位尾數。浮點型轉換成10進位制資料的時候請注意位元組順序問題。在不同的裝置中位元組順序不同，有4種不同的位元組順序：1234、4321、3412、2143。閘道器在轉發浮點型資料的時候，不對位元組順序進行調整，所以在轉換的時候請參考被採集裝置的浮點數順序。
LLong
LLong是長度為8個位元組的有符號整數。有負數。
Qword
Qword是長度為8個位元組的無符號整數。
Double
雙精度浮點(double)型，佔8 個位元組（64位）記憶體空間。
2 用IEC61850協議轉發資料
- 啟用IEC61850服務。
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選項
說明
啟用
Yes:啟動61850功能
啟用上報
Yes：啟動閘道器的自動上報功能，定時上報，資料有變化也上報。
埠
102．閘道器的偵聽埠，一般不修改。
上報觸發GI
資料有變化就上報資料。需把“啟用上報”設定成YES
上報週期間隔
閘道器自動上報資料的間隔。單位毫秒。
控制模式
控制模式：
Select before operate：選控。選擇變數後再控制
Sbow：select with value
Direct：直控。直接控制
上報例項數量
上報的主站數量。如果需要多個，可根據主站需求設定
上報例項簡單名稱
Yes：只有名稱。
No：包含裝置名稱，路徑等資訊。
資料集內容
設定DA，則會匯出DA資料集
設定DO，則會匯出DO資料集
SPS附加屬性
MV附加屬性
APC選擇屬性
設定成Yes，則匯出的ICD檔案中包含相應資訊。
設定成No，則匯出的ICD檔案中不包含相應資訊。
IED名稱
閘道器的IED名稱
邏輯裝置名稱
邏輯裝置名稱
注：以上引數如果不確定，一般使用預設即可，主站有特殊需求在進行相應的修改。另外可讓主站提供ICD檔案的樣例，也可以對照進行修改。
- 新增要轉發的資料。
選項
說明
SPS單點狀態
遙信數字量DI點，布林量狀態上報。點位名稱：Ind1, Ind2, Ind3 ... （I是大寫的i）
INS整數狀態
遙信多狀態DI點，多布林量狀態上報。
SPC可控單點
遙控輸出量DO點，平臺控制布林量。點位名稱：SPCSO1, SPCSO2, SPCSO3。（O是大寫的o，不是數字0）
MV測量
遙測模擬量AI點。模擬量上報。點位名稱：AnIn1, AnIn2, AnIn3 ...（I是大寫的i）
APC可控模擬設點
遙調。平臺下發設定模擬量。點位名稱：APC1,APC2...
- 如果需要平臺可以下發控制，需要把變數放在“SPC可控單點”，“APC可控模擬設點”。
“SPS單點狀態”和“SPC可控單點”是開關量。
“MV測量值”和“APC可控模擬設點”是資料模擬量。
- 設定完成後，點選選單“下載”，把工程下載到閘道器中。
7 案例總結
使用協議轉換閘道器可以很方便的實現不同協議的裝置之間的資料轉換。大量節省了專案實施過程的時間成本，人力成本。VFBOX閘道器產品都是工業級品質，符合工業應用的場景。只需要簡單的引數配置，可以很快完成裝置和系統之間的連線。方案優點：
- 不需要修改裝置裡的程式。
- 不影響裝置原有的工作方式和功能。
- 只需要簡單的配置就可以實現功能需求。
- 裝置長期穩定工作。
- 閘道器執行架構如下
