摘 要：為提升新能源和配電網(wǎng)的可觀、可測(cè)、可控能力，實(shí)現(xiàn)光伏逆變器方便、快捷的調(diào)控，提升現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維效率，提出了低壓分布式光伏現(xiàn)場(chǎng)一站式應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以快速識(shí)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(zhuǎn)換單元，確保主站能夠?qū)夥孀兤鬟M(jìn)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(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)朝著智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。

關(guān)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(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）08-0-04

0 引 言

2023年，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布“關(guān)于加強(qiáng)新形勢(shì)下電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見(jiàn)”提出，要提升新能源和配電網(wǎng)的可觀、可測(cè)、可控能力，研究分布式電源、可控負(fù)荷的匯聚管理形式，實(shí)現(xiàn)海量分散可控資源的精準(zhǔn)評(píng)估、有效聚合和協(xié)同控制，同步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全管理。建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、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(yùn)行控制、故障防御提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)支撐[1]。

考慮到歷史原因及設(shè)備規(guī)范化問(wèn)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(dǎo)致在光伏逆變器的“觀、測(cè)、控”過(guò)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(jì)，大約有50家低壓分布式光伏制造商，推出了超過(guò)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(shí)也包含了DLT645等協(xié)議。繁多的逆變器廠家和型號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致施工效率低下、錯(cuò)誤發(fā)生率上升以及后期維護(hù)難度加大等一系列問(wèn)題[2]。

文獻(xiàn)[3]成功實(shí)現(xiàn)了Modbus串行協(xié)議與Modbus TCP/IP協(xié)議的無(wú)縫整合，使得光伏逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。文獻(xiàn)[4]則利用MsComm控件實(shí)現(xiàn)了串口訪問(wèn)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(xiàn)均未考慮光伏規(guī)約協(xié)議的多樣性，為了解決這一實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，本文提出了低壓分布式光伏現(xiàn)場(chǎng)一站式應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種逆變器的廣泛適配，從而簡(jiǎn)化調(diào)試流程并提高整體效率。

1 總體方案設(shè)計(jì)

在低壓臺(tái)區(qū)分布式光伏“觀、測(cè)、控”應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要由臺(tái)區(qū)采集終端通過(guò)HPLC與光伏協(xié)議轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行通信或者光伏協(xié)議轉(zhuǎn)換單元通過(guò)4G通道與主站通信；光伏協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與逆變器通過(guò)RS 485等方式通信[5]，實(shí)現(xiàn)了光伏逆變器數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)及控制；光伏采集調(diào)控終端的交采功能對(duì)用戶計(jì)量點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控。

為了使低壓分布式光伏現(xiàn)場(chǎng)一站式應(yīng)用系統(tǒng)具有普適性以及能夠快捷高效的實(shí)現(xiàn)光伏協(xié)議轉(zhuǎn)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(dòng)APP相結(jié)合的設(shè)計(jì)，通過(guò)HTTP協(xié)議交互，完成實(shí)時(shí)協(xié)作和通信。

軟件系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)更新和同步數(shù)據(jù)，確保移動(dòng)終端能訪問(wèn)到最新的協(xié)議版本和協(xié)議修改記錄。

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

（3）采用SSL與MD5相結(jié)合的數(shù)據(jù)驗(yàn)證方式，避免數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或泄露的風(fēng)險(xiǎn)，確保協(xié)議文件的完整性。同時(shí)，由于光伏分布的隨機(jī)性[7]，移動(dòng)APP可以使現(xiàn)場(chǎng)工作人員隨時(shí)隨地訪問(wèn)協(xié)議庫(kù)主站，不受工作場(chǎng)所限制，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 主站功能設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)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(zhǔn)地檢索目標(biāo)協(xié)議。同時(shí)，該算法還具有高度的可擴(kuò)展性和靈活性[8]，可以適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的協(xié)議集合。通過(guò)應(yīng)用該算法，外部應(yīng)用/系統(tǒng)/APP等可以更加方便地通過(guò)逆變器廠商、型號(hào)、資產(chǎn)號(hào)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(zhǔn)確性。

算法的具體實(shí)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(wú)重復(fù)項(xiàng)列表g；然后將每條協(xié)議的相關(guān)信息根據(jù)無(wú)重復(fù)項(xiàng)詞條列表構(gòu)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(gè)

2.2 主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主站系統(tǒng)主要包括協(xié)議逆變器信息維護(hù)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(tái)區(qū)、供電所、臺(tái)區(qū)編號(hào)、臺(tái)區(qū)名稱、光伏戶號(hào)、光伏用戶、協(xié)議轉(zhuǎn)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(hù)系統(tǒng)有助于為光伏現(xiàn)場(chǎng)提供尋址、判斷、結(jié)果記錄等，為現(xiàn)場(chǎng)一站式應(yīng)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(zhuǎn)換單元資產(chǎn)號(hào)、逆變器廠家、逆變器型號(hào)、特征字等以及地理位置坐標(biāo)（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(hào)和規(guī)約協(xié)議參數(shù)關(guān)系如圖2所示。

在協(xié)議查詢系統(tǒng)內(nèi)維護(hù)無(wú)重復(fù)項(xiàng)詞條列表g，只有當(dāng)協(xié)議庫(kù)中添加新協(xié)議時(shí)，該列表才發(fā)生變化。同樣，協(xié)議庫(kù)中的協(xié)議根據(jù)FCM算法提前聚類，只有當(dāng)更改聚類中心數(shù)量，或添加新協(xié)議時(shí)才會(huì)觸發(fā)重新聚類。當(dāng)天凌晨，通過(guò)服務(wù)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(jìn)行重排操作。當(dāng)接收到外部應(yīng)用系統(tǒng)輸入的逆變器廠家和型號(hào)等屬性字段時(shí)，先將屬性字段等相關(guān)信息根據(jù)無(wú)重復(fù)項(xiàng)詞條列表g構(gòu)建詞條向量lquery，計(jì)算詞條向量lquery與

N個(gè)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(shè)計(jì)

3.1 基于模式匹配的協(xié)議分析算法

在對(duì)眾多逆變器通信協(xié)議進(jìn)行深度分析和實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上[9]，本文研究并運(yùn)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?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有接入通信協(xié)議的智能識(shí)別，并且可以快速識(shí)別逆變器的特征字。

假設(shè)待解析規(guī)約協(xié)議串為xn，作為對(duì)比的規(guī)約協(xié)議串為ym，規(guī)約協(xié)議的長(zhǎng)度為d，c表示每次匹配末位的下一個(gè)字符。在規(guī)約協(xié)議的解析過(guò)程中，固定xn且保持兩個(gè)數(shù)據(jù)串左對(duì)齊，ym從左向右依次與xn逐個(gè)字節(jié)進(jìn)行匹配，右移的偏移量s（c）根據(jù)比對(duì)結(jié)果進(jìn)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(guò)藍(lán)牙或Type-C轉(zhuǎn)接器將APP與協(xié)議轉(zhuǎn)換器的RS 485/RS 232端口連接。協(xié)議配置APP能夠通過(guò)掃碼識(shí)別光伏逆變器資產(chǎn)號(hào)、逆變器廠家信息及型號(hào)等，通過(guò)由協(xié)議查詢系統(tǒng)提供的接口獲取對(duì)應(yīng)的協(xié)議版本，并下發(fā)到光伏協(xié)議轉(zhuǎn)換單元。

當(dāng)協(xié)議查詢系統(tǒng)無(wú)法匹配到合適的協(xié)議時(shí)，協(xié)議配置APP動(dòng)態(tài)獲取逆變器通信的報(bào)文xn，設(shè)備地址作為對(duì)比報(bào)文ym，使用基于模式匹配的協(xié)議分析算法對(duì)通信協(xié)議報(bào)文進(jìn)行匹配，匹配成功后截取256個(gè)字節(jié)報(bào)文，與主站系統(tǒng)規(guī)約協(xié)議匹配獲取特征字。隨后，對(duì)這些特征字進(jìn)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(rèn)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(zhuǎn)換器協(xié)議維護(hù)平臺(tái)。

如此，不僅優(yōu)化了設(shè)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(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠有效實(shí)現(xiàn)逆變器和智能終端之間的通信和數(shù)據(jù)交互，同時(shí)確保主站對(duì)光伏系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換單元的中轉(zhuǎn)作用，實(shí)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(yùn)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(shí)時(shí)讀取逆變器的關(guān)鍵參數(shù)，例如電壓、電流和總有功功率等[11]。為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用人員提供數(shù)據(jù)的驗(yàn)證校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)采集成功。

4 驗(yàn)證應(yīng)用

4.1 主站系統(tǒng)

4.1.1 逆變器信息維護(hù)系統(tǒng)

逆變器信息維護(hù)系統(tǒng)以表格形式展示的臺(tái)區(qū)、用戶、協(xié)議轉(zhuǎn)換單元和逆變器的信息如圖6所示，支持多條件查詢、導(dǎo)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(dǎo)入、模糊查詢和分頁(yè)查詢等功能。規(guī)約協(xié)議庫(kù)如圖7所示。

4.2 協(xié)議配置APP

協(xié)議轉(zhuǎn)換單元調(diào)試涉及與光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)通信協(xié)議的測(cè)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(yùn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)的協(xié)議單元ID、廠商、型號(hào)等，獲取規(guī)約協(xié)議信息，并對(duì)協(xié)議信息下發(fā)至協(xié)議轉(zhuǎn)換單元后讀取到的逆變器的電壓、電流、總有功功率等進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)[13]。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的低壓分布式光伏現(xiàn)場(chǎng)一站式應(yīng)用系統(tǒng)可以在現(xiàn)場(chǎng)使用軟硬件快速調(diào)控光伏逆變器，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的時(shí)間和精力，同時(shí)也提高了工作效率和工作品質(zhì)，可以促進(jìn)光伏行業(yè)的發(fā)展，更好地推廣和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力，提高行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

注：本文通訊作者為韓周。

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