低压分布式电源采集监控系统 本地数据交换协议.docx

ICS17.220.20CCSN20T/CIMA0091-2024低压分布式电源采集监控系统本地数据交换协议（征求意见稿）1.ocaldataexchangeprotocolforacquiringandmonitoringsystemoflow-voltagedistributedpower（在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。）XXXX-XX-XX 实施XXXX-XX-XX发布目次前言II1范围12规范性引用文件13术语和定义14物理层25数据链路层25.1 ModbUS主从协议原理25.2 Modbus寻址规则35.3 字节格式35.4 帧格式35.5 传输46应用层56.1 功能码定义56.2 寄存器定义66.3 报文格式9附录A（规范性）逆变器告警事件状态字12附录B（资料性）数据交互示例13本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规则起草。第1部分：分布式电源接入单元第2部分：接口转接器第3部分：功能及接口第1部分：分布式电源接入单元第2部分：接口转接器第1部分：分布式电源接入单元第2部分：接口转接器低压分布式电源采集监控系统分为以下11个部分：- 低压分布式电源采集监控系统通用要求- 低压分布式电源采集监控系统分层分级调控- 低压分布式电源采集监控系统本地数据交换协议- 低压分布式电源采集监控系统安全防护- 低压分布式电源采集监控系统技术规范- 低压分布式电源采集监控系统技术规范- 低压分布式电源采集监控系统技术规范- 低压分布式电源采集监控系统型式规范- 低压分布式电源采集监控系统型式规范- 低压分布式电源采集监控系统检验规范- 低压分布式电源采集监控系统检验规范本文件是低压分布式电源采集监控系统本地数据交换协议.请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国仪器仪表行业协会电工仪器仪表分会提出。本文件由中国仪器仪表行业协会归口。本文件起草单位：中国电力科学研究院有限公司、哈尔滨电工仪表研究所有限公司、北京市腾河智慧能源科技有限公司、烟台东方威思顿电气有限公司、宁夏隆基宁光仪表股份有限公司、青岛乾程科技股份有限公司、深圳市力合微电子股份有限公司等。本文件主要起草人：祝恩国、刘岩、郑国权等。低压分布式电源采集监控系统本地数据交换协议1范围本文件规定了低压分布式电源采集监控系统的本地数据交换协议，明确了低压分布式电源设备与计量采集设备之间数据通信的物理层、数据链路层、应用层要求。本文件适用于220V/380V接入电网的低压分布式电源设备与计量采集设备数据交换。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T19582.12008基于ModbUS协议的工业自动化网络规范第1部分：MOdbUS应用协议。GB/T19582.22008基于ModbUS协议的工业自动化网络规范第2部分：ModbUS协议在串行链路上的实现指南。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1低压分布式电源采集监控系统acquiringandmonitoringsystemoflowvoltagedistributedpower对以220V/380V电压等级接入电网的分布式电源进行信息采集、处理和实时监控的系统。3.2光伏逆变器photovoltaicinverter将光伏组件发出的直流电变换成交流电的设备。来源：GB/T29319-2012,3.2,有修改3.3储能变流器powerconversionsystem可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电的设备。3.4光伏设备photovoltaicequipment包含所有逆变器、相关的平衡系统部件以及具有一个公共连接点的太阳能电池方阵在内的设备。分布式电源接入单元distributedpowersupplyaccessunit具备协议转换、执行控制指令等功能，用于采集系统与光伏逆变器通信的设备。3.6主站themasterstation低压分布式电源发电监控、管理的中心，实现分布式电源发电数据采集与监控、并网控制与评价等基本功能和有功调节、电压无功控制、调度及协调控制等选配功能。3.7从站sub-station实现所辖范围内的光伏发电信息汇集、处理、转发和控制等功能。4物理层本协议遵从GB/T19582.2物理层的技术要求。采用MOdbUS串行链路协议的RTU模式。最常用的物理接口是TIA/EIA-485（RS485）二线制接口。作为附加选项，该物理接口可使用RS485四线制接口。5数据链路层5.1Modbus主从协议原理本协议符合GB/T19582.25.1MOdbUS主从协议原理的技术要求。Modbus串行链路协议是一个主-从协议，在同一时间，总线上只能有一个主站，和一个或多个（最多247个）从站，Modbus通信总是由主站发起，当从站没有收到来自主站的请求时，不会发送数据。从站之间不能相互通信，主站同时只能启动一个Modbus事务处理。主站用两种模式向从站发出MOdbUS请求：（1）单播模式（见图1）,主站寻址单个从站，从站接收并处理完请求之后，向主站返回一个报文（一个“应答”）。在这种模式下，一个MOdbUS事务处理包含2个报文：一个是主站的请求，另一个是从站的应答。每个从站必须有唯一的地址（1247）,这样才能区别于其他站独立地被寻址。图1单播模式（2）广播模式（见图2）,主站向所有的从站发送请求。对于主站发送的广播请求没有应答返回，广播请求必须是写命令。所有设备必须接受广播方式的写命令，地址0被保留用来识别广播通信。图2广播模式5. 2Modbus寻址规则Modbus寻址空间由256个不同地址组成。地址0为广播地址，所有从站必须识别广播地址。表IModbus寻址范围01-247248255广播地址从站地址保留Modbus主站设有特定地址，只有从站有一个地址。在Modbus串行总线上，这个地址必须是唯一的。5.3 字节格式每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位、两个停止位（默认无校验，校验位用作停止位），共11位。其传输序列见图3。字节格式起始位12345678停止位停止位图3MOdbUS-RTU协议字节格式5.4 帧格式帧是传送信息的基本单元。帧格式应与图4相符合。从机地址I功能码IICRC码I协议数据单元图4MOdbUS-RTU协议帧结构从机地址表示从节点地址，长度为1个字节。协议数据单元由功能码和数据两部分组成。功能码表示从节点要执行的动作，长度为1个字节。数据是指含有请求或响应参数的数据，最大长度为252个字节。CRC码长度为2字节，低字节在前，高字节在后，是对CRe字段前所有字节的校验，校验算法采用16位CRC校验。5.5传输5.5.1 传输次序本协议符合GB/T19582.2RTU传输模式的技术要求。传输时,每个字符或字节的最低有效位在前，最高有效位在后。5.5.2 传输响应每次会话都是由主站向按信息帧地址域选择的从站发出请求命令帧开始，被请求的从站接收到命令后作出响应。在RTU模式中，时长至少为3.5个字符时间的空用间隔将报文帧区分开。在后续部分中，这个时间间隔称为t3.5,见图5。起始地址功能码数据CRC校验结束23. 5个字符N X 8位16位23. 5个字符图5MOdbUS-RTU报文帧必须以连续的字符流发送整个报文帧。如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5个字符时间，认为报文不完整，并且接收站应丢弃该报文帧，见图6所示。注：实现了RTU接收的驱动程序，会隐含着对由Ils和I”定时器引起的大量中断管理。在较高的通信波特率卜.,这将导致CPU负担加重。因此，当波特率19200bps时，必须严格遵守这两个定时；当波特率1920ObPS时，两个定时器宜使用固定值；建议字符间超时时间(ti.5)为750s,帧间的延迟时间(13$)为1.750ms。5.5.3传输模式RTU传输模式状态图见图7所示。接收到新字符： 置帧错误标记接收到新字符： 重启1&5/11.5定时器最后个字符发送 后，启动定时图7RTU传输模式状态图上述状态图的解释：(1)从“初始”状态到“空闲”状态转换需要t35定时器超时：这保证帧间延迟。(2)当没有发送和接收活动时，“空闲状态”是个正常状态。(3)在RTU模式中，当至少3.5个字符的时间间隔之后没有传输活动时，称通信链路为“空闲”状态。(4)当链路在空闲状态时,在链路上检测到的任何传输的字符被视为帧起始。链路进入“激活”状态。然后，当在时间间隔t35之后链路上还没有传输活动时，视为帧结束。(5)检测到帧结束之后、执行CRC计算和校验。然后分析地址字段来确定帧是否发往这个设备。如果不是发往这个设备，那么丢弃这个帧，为了减少接收处理时间,在接收到地址字段时，就可以分析地址字段，而不需要等到整个帧结束，这样，CRC计算和校验只需要在帧寻址到该从站(包括广播帧)时进行。6应用层6.1 功能码定义根据不同的读写功能定义功能码，具体定义见表3。表2功能码定义表序号功能码说明10x03读保持寄存器20x04读输入寄存器30x06写单个寄存器40x10写多个寄存器注：保持寄存器值可读可写，输入寄存器值只能读取。6.2 寄存器定义依据光伏逆变器的实际寄存器信息，定义用于数据交互的寄存器信息，具体定义见表4,其中数据类型定义参考表5。表3寄存器定义表序号信号量寄存器地址字节数数据类型单位增益属性读写备注1设备序列号OxF(XX)10ASCII-输入寄存器RO光伏采集监控设备所连接光伏逆变器的序列号2额定有功功率0xF0502U32W-输入寄存器RO额定有功功率Pmax3额定无功功率0xF0522U32Var-输入寄存器RO额定无功功率Qmax4输出类型0xF0541U16-输入寄存器RO电网相数，0:单相，1:三相5储能额定充电功率0xF0552U32W-输入寄存器RO充电功率上限CmaX6储能额定放电功率0xF0572U32W-输入寄存器RO放电功率上限DmaX7储能额定容量0xF0592U32Wh-输入寄存器RO储能最大容量8储能剩余容量百分比0xF05B1U16%10输入寄存器RO数据范围0,1(X)09逆变器开关机OxFlOl1U16-保持寄存器RW1：开机，0:关机10最大有功功率设定值OxFl022132W-保持寄存器RW数据范围-Pmax,PmaxJ11额定有功功率百分比OxFl041116%10保持寄存器RW有功功率百分比，数据范围-1000.0,0,100012无功功率设定值0xF1052132Var-保持寄存器RW数据范围-Qmax,Qmax13无功功率百分比0xF1071116%1()保持寄存器RW无功功率百分比，数据范围-1000,0,0,100014功率因数设定值0xF1081116-1000保持寄存器RW数据范围-1000,-800,800,100015储能充放电0xF1091U16-保持寄存器RW0:停止，：充电，2：放电16储能强制充电功率OxFlOA2U32W-保持寄存器RW数据范围0,Cmax17储能充电截止容量百分比OxFlOC1U16%1()保持寄存器RW数据范围200Joo018储能强制放电功率OxFlOD2U32W-保持寄存器RW数据范围O,Dmax19储能放电截止容量百分比OxFlOF1U16%10保持寄存器RW数据范围120,20020电网数据来源OxFlOO1U16-保持寄存器WO0:发电点，I:上网点21时间：年0xF2011U16-保持寄存器WO推送的电能表数据所对应时标,示例：0x07El=201722时间：月+日0xF2021U16-保持寄存器WO推送的电能表数据所对应时标，示例：高字节=月；低字节=日23时间：时十分OxF2O31U16-保持寄存器WO推送的电能表数据所对应时标，示例：高字节=时；低字节=分24时间：秒+00xF2041U16-保持寄存器WO推送的电能表数据所对应时标，示例：高字节=秒：低字节=O25日发电量/上网电量0xF2052U32kWh100保持寄存器WO推送日发电量/上网电量信息26电网A相电压0xF2071U16V10保持寄存器WOA相电压/单相电压27电网B相电压0xF2081U16V10保持寄存器WOB相电压28电网C相电压0xF2091U16V10保持寄存器WOC相电压29电网A相电流0xF20A1U16A100保持寄存器WOA相电流/单相电流30电网B相电流0xF20B1U16A100保持寄存器WOB相电流31电网C相电流0xF20C1U16A100保持寄存器WOC相电流32电网A相有功功率0xF20D2U32W-保持寄存器WOA相有功功率33电网B相有功功率0xF20F2U32W-保持寄存器WOB相有功功率34电网C相有功功率0xF2ll2U32W-保持寄存器WOC相有功功率35电网总有功功率0xF2132U32W-保持寄存器WO电网总有功功率36逆变器A相电压0xF2151U16V1()输入寄存器ROA相电压/单相电压37逆变器B相电压0xF2161U16V1()输入寄存器ROB相电压38逆变器C相电压0xF2171U16V10输入寄存器ROC相电压39逆变器A相电流0xF2181U16A100输入寄存器ROA相电流/单相电流40逆变器B相电流0xF2191U16A100输入寄存器ROB相电流41逆变器C相电流0xF21A1U16A100输入寄存器ROC相电流42逆变器A相有功功率0xF21B2U32W-输入寄存器ROA相有功功率43逆变器B相有功功率0xF21D2U32W-输入寄存器ROB相有功功率44逆变器C相有功功率0xF21F2U32W-输入寄存器ROC和有功功率45逆变器总有功功率0xF2212U32W-输入寄存器RO逆变器总有功功率46逆变器A相无功功率0xF2232U32W-输入寄存器ROA相无功功率47逆变器B相无功功率0xF2252U32W-输入寄存器ROB相无功功率48逆变器C相无功功率0xF2272U32W-输入寄存器ROC相无功功率49逆变器总无功功率0xF2292U32W-输入寄存器RO逆变器总无功功率50逆变器功率因数0xF22B1116I(XX)输入寄存器RO逆变器功率因数51逆变器告警状态0xF22C1Bitfieldl32输入寄存器RO见附表A"告警事件状态字”注：(1)读写说明，Ro代表只可读取，WO代表只可写入，RW代表可读取可写入。(2)增益说明，对于含小数位的实际数据，为转换成整数，引入增益的概念，增益为10代表实际数据乘以10,以此类推；举例说明，如功率因数实际为0.955,增益为IoO0,则传送的数据为955。(3)告警事件状态字详见附录A。表4数据类型表数据类型说明ASCII字符串，多字节数据流传输顺序为高字节在前，低字节在后。例：ASCn数据“ABCD”，传输顺序为0x41、0x42、0x43、0x440U16无符号16位整型数据，高字节在前、低字节在后。例:U16数据OXoIO2,传输顺序为OXO1、0x02.116有符号16位整型数据，高字节在前、低字节在后。例：H6数据0xE903,传输顺序为OXE9、0x03。U32无符号32位整型数据，高字节在前、低字节在后。例:U32数据OXOlo20304,传输顺序为OXO1、0x02、0x03、0x04o132有符号32位整型数据，高字节在前、低字节在后。例：132数据OXFFFFFF9C,传输顺序为OxFF、OxFF.OxFF,0x9C.Bitfield1616位宽度的按位表达数据。6. 3报文格式6.1.1 读寄存器(0x03)光伏采集监控设备向光伏逆变器发送读命令。主节点请求帧格式、从节点正常响应帧格式、从节点异常响应帧格式、指令异常码分别见表6、表7、表8、表9。表5读寄存器(0x03)主节点请求帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x03寄存器起始地址2byteOXFooO0xF0FF寄存器个数2byte1124表6读寄存器(0x03)从节点正常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x03字节数1byte寄存器值的数据字节长度寄存器值2-248byte具体数据表7读寄存器(0x03)从节点异常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x83异常码1byte见表9指令异常码表表8指令异常码表异常码说明OxOl非法的功能码，表示功能码不是预期的0x03,0x04,0x06,OxIOo0x02非法的数据地址，表示读写的寄存器地址超出范围。0x03非法的数据值，表示读写的寄存器个数或设定值超出范围或不允许写入。0x04从节点设备故障。0x05确认从节点接受服务调用，但是需要相对长的时间完成服务。因此，从节点仅返回一个服务调用接收的确认。0x06从节点设备繁忙。6.1.2 写单个寄存器(0x06)光伏采集监控设备向光伏逆变器发送单一写命令。主节点请求帧格式、从节点正常响应帧格式、从节点异常响应帧格式分别见表10、表11、表12。表9写单个寄存器(0x06)主节点请求帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x06寄存地址2byteOXFIOo0xFlFF寄存器值2byteOxOOOO-OxFFFF表10写单个寄存器(0x06)从节点正常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x06寄存器地址2byteOXFloo0xFlFF寄存器值2byteOXooOo0xFFFF表U写单个寄存器(0x06)从节点异常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x86异常码1byte见表9指令异常码表6.1.3 写多个寄存器(0x10)光伏采集监控设备向光伏逆变器一次发送多个写命令。主节点请求帧格式、从节点正常响应帧格式、从节点异常响应帧格式分别见表13、表14、表15。表12写多个寄存器(0x10)主节点请求帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x10寄存器起始地址2byteOXF1000xFIFF寄存器个数2byte0x(XXX)-0x(X)7b字节数1byte寄存器值的数据字节长度寄存器值2-244byte具体数据表13写多个寄存器(OxlO)从节点正常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byteOxlO寄存器起始地址2byteOXFIOo0xFlFF寄存器个数2byte0x(XXX)-0x(X)7b表14写多个寄存器(0x10)从节点异常响应帧格式定义协议数据单元长度说明功能码1byte0x90异常码1byte见表9指令异常码表附录A（规范性）逆变器告警事件状态字逆变器告警事件状态字如表ALl所示。表ALl逆变器告警事件状态字bit()bitIbit2bit3Bit4Bit5Bit6Bit7输入过压输入欠压输出过压输出欠压温度过局输出短路设备异常升级失败bit8bit9BitlOBitllBitl2Bitl3Bitl4Bitl5对地电压检测异常组串反接组串功率异常储能设备异常储能反接孤岛预留预留Bil16bit17Bi(18Bi(19Bi(20Bit21Bit22Bit23预留预留预留预留预留预留预留预留Bit24Bit25Bit26Bit27Bit28Bit29Bit30Bit3l预留预留预留预留预留预留预留预留状态为置1代表告警发生，置。代代未发生告警附录B（资料性）数据交互示例以ModbUS-RTU通讯帧进行举例，假设从机地址为1,读取OXFO50-0xF053地址数据，帧格式见表16。请求消息：Ol03FO5000047718正常响应消息：01030800Ol86AO0000C3504A64寄存器OXFO50、OXFO51、OXFo52、OXFO53的数据分别是十六进制字节值OoOI、86A0、0000、C350,其中，OXFO50、OXFO51代表额定有功功率，数据类型为无符号32位整型数据，将OXOOOI86A0转换成十进制为Ioo（X）0,表示逆变器额定有功功率为IOoOOoW。同理，逆变器额定无功功率为50000Var。表BLl数据交互帧格式示例请求描述帧数据从机地址01功能码03寄存器起始地址高位FO低位50寄存器个数高位(X)低位04CRC码低位77高位18响应描述帧数据从机地址01功能码03字节数08寄存器值高字节（F050）00低字节（F050）OI高位(F05I)86低位(F05I)AO高位(F052)00低位(F052)00高位(F053)C3低位(F053)50CRC码低位4A高位64