在当今日益发展的电力系统中，光伏储能技术以其独特的优势逐渐崭露头角，成为可再生能源领域的重要组成部分。而在光伏储能系统的运行与监控中，通信协议的选择与实现则显得至关重要。本文将重点介绍光伏储能系统中的Modbus协议、电力IEC 61850平台，以及如何通过协议转换网关实现Modbus转IEC 61850的连接，为电力系统的稳定运行与智能化管理提供有力支持。
一、Modbus协议在光伏储能系统中的应用
Modbus协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，具有简单、可靠、易于实现等特点。在光伏储能系统中，Modbus协议主要用于实现储能设备、逆变器、电池管理系统等组件之间的数据交换与监控。通过Modbus协议，可以实时获取储能设备的运行状态、电量信息、故障报警等关键数据，为系统监控与管理提供可靠依据。
具体来说，Modbus协议在光伏储能系统中的应用主要体现在以下几个方面：
- 设备监控：通过Modbus协议，可以实时监控储能设备的运行状态，包括电压、电流、功率、温度等关键参数。当设备出现故障或异常情况时，系统会及时发出报警信息，提醒运维人员进行处理。
- 数据采集：Modbus协议支持多种数据类型和寄存器结构，可以方便地采集储能设备的各种数据。这些数据可以用于系统分析、故障诊断、性能优化等方面，提高系统的运行效率和可靠性。
- 远程控制：通过Modbus协议，可以实现对储能设备的远程控制，包括启停控制、参数设置、模式切换等。这有助于实现储能系统的智能化管理和自动化控制，降低运维成本和提高管理效率。
二、电力IEC 61850平台介绍
IEC 61850是电力系统自动化领域的国际标准，它定义了变电站内各种设备之间以及设备与控制中心之间的通信规范。IEC 61850平台以面向对象的信息模型为基础，通过标准化的数据模型和服务接口，实现了设备之间的信息交互和互操作性。在光伏储能系统中，IEC 61850平台可以实现与电网调度中心、能源管理系统等外部系统的无缝对接，为系统的集成和扩展提供了便利。
IEC 61850平台的特点包括：
- 标准化：IEC 61850平台采用统一的数据模型和服务接口，实现了设备之间的信息交互和互操作性。这有助于降低系统集成成本和提高系统可靠性。
- 面向对象：IEC 61850平台采用面向对象的信息模型，将设备的功能和属性抽象为对象，便于进行信息建模和数据分析。
- 实时性：IEC 61850平台支持实时数据传输和事件通知机制，可以确保数据的及时性和准确性。
- 安全性：IEC 61850平台提供了丰富的安全特性，包括访问控制、数据加密、身份认证等，确保系统的安全性和可靠性。
三、通过协议转换网关实现Modbus转IEC 61850连接平台
在实际应用中，光伏储能系统往往需要同时支持Modbus协议和IEC 61850平台。为了实现这两种协议之间的无缝对接，可以采用协议转换网关进行转换。协议转换网关是一种专门用于实现不同通信协议之间转换的设备，它可以将Modbus协议的数据转换为IEC 61850平台所需的数据格式，并将IEC 61850平台的数据转换为Modbus协议所需的数据格式。
通过协议转换网关实现Modbus转IEC 61850连接平台的过程如下：
- 配置网关：首先需要对协议转换网关进行配置，设置Modbus协议的参数（如设备地址、波特率、数据位等）和IEC 61850平台的参数（如IP地址、端口号等）。
- 数据映射：根据实际需求，建立Modbus协议与IEC 61850平台之间的数据映射关系。这需要将Modbus协议的寄存器地址和数据类型与IEC 61850平台的信息模型进行对应。
- 数据转换：当Modbus设备发送数据时，协议转换网关会将其转换为IEC 61850平台所需的数据格式，并发送给IEC 61850平台。同样地，当IEC 61850平台发送数据时，协议转换网关会将其转换为Modbus协议所需的数据格式，并发送给Modbus设备。
- 监控与管理：通过协议转换网关，可以实现对光伏储能系统的实时监控与管理。运维人员可以通过IEC 61850平台获取储能设备的运行状态、电量信息、故障报警等关键数据，并进行远程控制和参数设置等操作。同时，也可以将光伏储能系统的数据集成到能源管理系统等外部系统中，实现更加全面和深入的数据分析与管理。
通过以上介绍，我们可以看出，通过采用Modbus协议、IEC 61850平台和协议转换网关等技术手段，可以实现光伏储能系统的智能化监控与管理，提高系统的运行效率和可靠性。
1 设置网关采集modbus从站数据
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硬件连接。首先确认设备的接口是RS232还是RS485接口。并按如下的方式进行连接。
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在电脑上打开VFBOX Studio配置软件。新建工程，选择对应的设备类型。设备类型查看设备背面的标签。可选的型号有：VB301-1100，VB301-1200，VB301-1400，VB302-2400，VB303-2400.
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点击 新建设备，选择modbus RTU驱动。
- 输入设备名称，自己定义设备名称。
- 输入和设备相同的串口参数。比如，设备的波特率是9600，则下面的对话框也选择9600.
- 增加要采集的数据。输入数据的数据类型和寄存器地址。
- 填写说明。在添加“地址”的时候需要对modbus的通信指令有一些了解，这里面有一些默认的规则。可先查看设备的说明书，找到要读取的地址。然后通过对比下表进行设置。
数据区
功能说明
0X Digital Coils
数据类型：Boolean
读写：可读写
寄存器地址：00001-09999（10进制）， 协议地址：0000H-270FH（16进制）
对应的功能码：01H 05H 0FH
1X digital Inputs
数据类型：Boolean
读写：只读
寄存器地址：10001-19999（10进制）， 协议地址：0000H-270FH（16进制）
对应的功能码：02H
3X Analog Inputs
数据类型：
1 Register: short word
2 Register: Long Dword float
4 Register: LLong Qword Double
读写：只读
寄存器地址：30001-39999（10进制）， 协议地址：0000H-270FH（16进制）
对应的功能码：04H
4X Holding Registers
数据类型：
1 Register: short word
2 Register: Long Dword float
4 Register: LLong Qword Double
读写：可读写
地址范围：40001-49999（10进制），0000H-270FH（16进制）
对应的功能码：03H 06H 10H
其他说明：
-
地址可填写5位或者6位的地址长度。
-
如果设备的地址是从0开始，则设置网关时地址加1。
-
地址是10进制。
举例1：假设要读取的地址是40015，数据类型是float，地址从0开始，则查看上表，40015对应的数据区是“4X Holding Registers”，且数据类型是float，则数据区选择“4X Holding Registers（2 Registers）”，设备地址从0开始，则在网关里配置为40016，配置如下：
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举例2：假设读取数据的功能码是03，地址是0x39，地址从1开始，数据类型是double。查看上表可知，03功能码对应的数据区是“4X Holding Registers”，数据类型是double，则数据区选择“4X Holding Registers（4 Registers）”，地址是0x39，转换成10进制是57，则设置如下：
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-
设置完成后，点击菜单“下载”，把工程下载到网关里。
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点击菜单“查看数据”，查看网关采集到的数据。
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- 如果显示的数据和实际不匹配，可能是字节顺序要调整。在下面的窗口中可以修改波特率，扫描间隔，通讯超时，字节顺序等参数。
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- 数据类型
网关支持多种数据类型，用户在添加的时候可以根据采集到数据选择对应的数据类型。不同的设备可能有不同的数据类型名称，可对应选择。
Boolean
位，布尔变量。变量存储为 8 位（1 个字节）的数值形式，但只能是True 或是 False。
Char
有符号数，有负数。占用一个字节，8位。
Byte
无符号数，占用一个字节，8位。
Short
有符号短整型。有负数。长度2个字节，16位。
Word
无符号的短整型，长度2个字节，16位。
Long
有符号长整型，有负数。长度4个字节，取值范围为：-2^31 ~ (2^31 -1)。
DWord
无符号的长整型，且占4个字节，32位。
Float
单精度浮点型数据，长度 4 个字节，包括一个符号位、一个 8 位 二进制指数和一个 23 位尾数。浮点型转换成10进制数据的时候请注意字节顺序问题。在不同的设备中字节顺序不同，有4种不同的字节顺序：1234、4321、3412、2143。网关在转发浮点型数据的时候，不对字节顺序进行调整，所以在转换的时候请参考被采集设备的浮点数顺序。
LLong
LLong是长度为8个字节的有符号整数。有负数。
Qword
Qword是长度为8个字节的无符号整数。
Double
双精度浮点(double)型，占8 个字节（64位）内存空间。
2 用IEC61850协议转发数据
- 启用IEC61850服务。
选项
说明
启用
Yes:启动61850功能
启用上报
Yes：启动网关的自动上报功能，定时上报，数据有变化也上报。
端口
102．网关的侦听端口，一般不修改。
上报触发GI
数据有变化就上报数据。需把“启用上报”设置成YES
上报周期间隔
网关自动上报数据的间隔。单位毫秒。
控制模式
控制模式：
Select before operate：选控。选择变量后再控制
Sbow：select with value
Direct：直控。直接控制
上报实例数量
上报的主站数量。如果需要多个，可根据主站需求设置
上报实例简单名称
Yes：只有名称。
No：包含设备名称，路径等信息。
数据集内容
设置DA，则会导出DA数据集
设置DO，则会导出DO数据集
SPS附加属性
MV附加属性
APC选择属性
设置成Yes，则导出的ICD文件中包含相应信息。
设置成No，则导出的ICD文件中不包含相应信息。
IED名称
网关的IED名称
逻辑设备名称
逻辑设备名称
注：以上参数如果不确定，一般使用默认即可，主站有特殊需求在进行相应的修改。另外可让主站提供ICD文件的样例，也可以对照进行修改。
- 添加要转发的数据。
选项
说明
SPS单点状态
遥信数字量DI点，布尔量状态上报。点位名称：Ind1, Ind2, Ind3 … （I是大写的i）
INS整数状态
遥信多状态DI点，多布尔量状态上报。
SPC可控单点
遥控输出量DO点，平台控制布尔量。点位名称：SPCSO1, SPCSO2, SPCSO3。（O是大写的o，不是数字0）
MV测量
遥测模拟量AI点。模拟量上报。点位名称：AnIn1, AnIn2, AnIn3 …（I是大写的i）
APC可控模拟设点
遥调。平台下发设置模拟量。点位名称：APC1,APC2…
- 如果需要平台可以下发控制，需要把变量放在“SPC可控单点”，“APC可控模拟设点”。
“SPS单点状态”和“SPC可控单点”是开关量。
“MV测量值”和“APC可控模拟设点”是数据模拟量。
- 设置完成后，点击菜单“下载”，把工程下载到网关中。
7 案例总结
使用协议转换网关可以很方便的实现不同协议的设备之间的数据转换。大量节省了项目实施过程的时间成本，人力成本。VFBOX网关产品都是工业级品质，符合工业应用的场景。只需要简单的参数配置，可以很快完成设备和系统之间的连接。方案优点：
- 不需要修改设备里的程序。
- 不影响设备原有的工作方式和功能。
- 只需要简单的配置就可以实现功能需求。
- 设备长期稳定工作。
- 网关运行架构如下
