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摘 要：本文根据户用并网系统的实际情况要求，介绍了一种基于DSP和CAN总线的监控方案，使系统具有较高的可靠性和良好的可扩展性；并对系统的软硬件进行了设计，开发了基于VB的上位机界面。通过试验和运行验证，该系统对数据的采集速度快，通信质量高，实现了被监控对象的要求，验证了该方案的可行性，达到了预期效果。
关键词：光伏并网 CAN总线 监控
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。
1光伏并网监控系统简介
光伏并网监控系统根据传输距离远近可以分为远程监控和本地监控，根据是否采用通讯总线可以分为无线监控和有线监控。由于本文是基于户用的并网监控系统，距离近，且不是处于偏远山区，故采用有线近距离监控，根据实验和研究综合考虑，采用CAN总线来实现下位机与监控主PC机之间的通讯，系统的显示终端采用VB开发工具来实现，逆变器的参数以及电网参数由DSP采集和计算转换，太阳能辐射强度由太阳能辐射仪来测量，环境温度由环境气温仪来测量，发电量由数字式电能计量表测量，实现对系统运行参数全面实时监控。传统的光伏并网监控系统仅考虑对一台逆变器進行监控，由于单模块逆变器的扩充性和可靠性具有一定的限制性，在负载设备对功率容量要求很高的情况下不能满足要求，所以在户用并网系统中采用多模块逆变器来提高系统的可靠性。
2光伏并网监控系统硬件电路设计
CAN总线废除了传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，是一个基于报文而不是基于站点地址的协议，它的报文帧有4种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。而CAN模块是其内部集成的一个支持CAN2.0B协议的CAN控制器，它采用邮箱形式来发送接收报文，它包含6个邮箱，每个邮箱最大可存储8Byte的数据。这6个邮箱其中2个功能为接收，另外2个功能为发送，还有2个可以任意设置。每个邮箱都有标识寄存器和控制寄存器，应用过程中，先初始化控制寄存器，需要发送的数据写入邮箱，然后把发送控制位进行置位，这样就可以完成数据的输出，而数据输入采用的是中断方式实现。本系统的接口电路主要有两部分，一个是CAN总线与DSP的接口，另外一个是CAN总线与主机之间接口。CAN总线与DSP的接口采用SN65HVD230，它是德州仪器公司生的3.3V CAN总线收发器，主要是与带有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，具有较强的抗干扰能力和差分收发能力，最高速率可达1Mb/s，同时为了更好地提高抗干扰能力，采用光耦HCPL-7800来实现隔离。CAN总线与主机之间接口使用CAN总线通信接15适配卡SC2102来实现。它具有编程简单、控制灵活的特点，重要的是它支持CAN2.0B协议。
3光伏并网监控系统软件设计
3.1通信模块程序设计
常用的RS.485总线是采用主从方式工作，而CAN总线的特点之一就是可以实现多主方式工作，也就是说网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，节点之间没有优先级之分，因而通信方式灵活，可以点对点、一点对多点、成组及全局广播等几种方式传送和接收数据。本系统中，总线数据链路层协议采用平等式通信方式，即使主机出现故障，系统其余部分仍可运行，根据这一思想，采用各个节点“争主”的策略，在各个节点“争主”之前，先进行同步，使它们处于一个基准状态。
3.2数据采集模块程序设计
采集模块主要是对逆变器的参数，以及电网频率、电压等参数进行采集。当被检测信号经过光电隔离后进入DSP，在数据采集中断服务程序控制下，由DSP内部AiD转换器转换成数字量，计算有效值，并通过CAN模块完成数据通讯任务。
3.3上位机VB界面开发
VB是目前比较流行的面向用户图形界面的一种Windows程序设计语言，它拥有强大的数据管理功能和方便的网络编程技术，简单易学。因此本系统的上位机界面开发采用VB 6.0来实现，本系统的人机界面具体分为以下几个部分：系统主界面，数据显示界面，数据曲线显示界面，数据库界面等。在程序运行过程中，工作人员可以随时观察采集数据的实时值，不仅可以通过实时值显示系统运行状况，还可以通过图像显示区宏观观察系统运行情况，当数据采集正常时，数据实时显示正常，图形曲线较为平和。当采集的数据中出现了警戒值，系统绿灯变红灯，闪烁10s，通知工作人员采取措施。
3.4软件工作过程
控制主机通过CAN总线与并网系统进行实时数据通讯：一方面以F240为控制核心的并网系统将各个运行参数、运行状态、故障参数等数据发送给控制主机；另一方面控制主机将运行模式、系统启停等指令信号传送给F240。采集模块主要是实现现场交流信号和运行状态的采集及处理，并转换成相应的电参量显示出来，完成与通信管理模块的CAN总线数据通信以及模块本身的人机接El功能；通信模块主要完成节点间的数据通讯和下位机与上位机之间通讯，当监控软件接收到下位机传输的数据后，将有效的数据读入并保存，并且每间隔一段时间添加一次数据库记录，如果是无效或者故障数据，立即将数据存入故障数据库并保存，然后报警，提醒操作者，当故障问题解决后，可以重新启动监控运行。
4结束语
目前对光伏并网系统的研究，大多是针对大中型光伏并网电站或小区成套光伏屋顶，很少有涉及能够为城市单独家庭所用的小功率光伏并网系统。户用并网型光伏发电省去了蓄电池储能环节，不仅节省了成本，而且可以把多余的电发送到市电，这种应用方式受到越来越多的关注，因此，建立必要的监控系统显得尤为重要。它不仅可以对系统的运行状况和故障状况进行分析和控制，而且可以获取原始数据，为系统的优化和改进以及科学研究提供有用数据，所以研究光伏监控技术对光伏发电技术的进一步推广和应用具有十分重要的意义。
关键词：光伏并网 CAN总线 监控
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。
1光伏并网监控系统简介
光伏并网监控系统根据传输距离远近可以分为远程监控和本地监控，根据是否采用通讯总线可以分为无线监控和有线监控。由于本文是基于户用的并网监控系统，距离近，且不是处于偏远山区，故采用有线近距离监控，根据实验和研究综合考虑，采用CAN总线来实现下位机与监控主PC机之间的通讯，系统的显示终端采用VB开发工具来实现，逆变器的参数以及电网参数由DSP采集和计算转换，太阳能辐射强度由太阳能辐射仪来测量，环境温度由环境气温仪来测量，发电量由数字式电能计量表测量，实现对系统运行参数全面实时监控。传统的光伏并网监控系统仅考虑对一台逆变器進行监控，由于单模块逆变器的扩充性和可靠性具有一定的限制性，在负载设备对功率容量要求很高的情况下不能满足要求，所以在户用并网系统中采用多模块逆变器来提高系统的可靠性。
2光伏并网监控系统硬件电路设计
CAN总线废除了传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，是一个基于报文而不是基于站点地址的协议，它的报文帧有4种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。而CAN模块是其内部集成的一个支持CAN2.0B协议的CAN控制器，它采用邮箱形式来发送接收报文，它包含6个邮箱，每个邮箱最大可存储8Byte的数据。这6个邮箱其中2个功能为接收，另外2个功能为发送，还有2个可以任意设置。每个邮箱都有标识寄存器和控制寄存器，应用过程中，先初始化控制寄存器，需要发送的数据写入邮箱，然后把发送控制位进行置位，这样就可以完成数据的输出，而数据输入采用的是中断方式实现。本系统的接口电路主要有两部分，一个是CAN总线与DSP的接口，另外一个是CAN总线与主机之间接口。CAN总线与DSP的接口采用SN65HVD230，它是德州仪器公司生的3.3V CAN总线收发器，主要是与带有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，具有较强的抗干扰能力和差分收发能力，最高速率可达1Mb/s，同时为了更好地提高抗干扰能力，采用光耦HCPL-7800来实现隔离。CAN总线与主机之间接口使用CAN总线通信接15适配卡SC2102来实现。它具有编程简单、控制灵活的特点，重要的是它支持CAN2.0B协议。
3光伏并网监控系统软件设计
3.1通信模块程序设计
常用的RS.485总线是采用主从方式工作，而CAN总线的特点之一就是可以实现多主方式工作，也就是说网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，节点之间没有优先级之分，因而通信方式灵活，可以点对点、一点对多点、成组及全局广播等几种方式传送和接收数据。本系统中，总线数据链路层协议采用平等式通信方式，即使主机出现故障，系统其余部分仍可运行，根据这一思想，采用各个节点“争主”的策略，在各个节点“争主”之前，先进行同步，使它们处于一个基准状态。
3.2数据采集模块程序设计
采集模块主要是对逆变器的参数，以及电网频率、电压等参数进行采集。当被检测信号经过光电隔离后进入DSP，在数据采集中断服务程序控制下，由DSP内部AiD转换器转换成数字量，计算有效值，并通过CAN模块完成数据通讯任务。
3.3上位机VB界面开发
VB是目前比较流行的面向用户图形界面的一种Windows程序设计语言，它拥有强大的数据管理功能和方便的网络编程技术，简单易学。因此本系统的上位机界面开发采用VB 6.0来实现，本系统的人机界面具体分为以下几个部分：系统主界面，数据显示界面，数据曲线显示界面，数据库界面等。在程序运行过程中，工作人员可以随时观察采集数据的实时值，不仅可以通过实时值显示系统运行状况，还可以通过图像显示区宏观观察系统运行情况，当数据采集正常时，数据实时显示正常，图形曲线较为平和。当采集的数据中出现了警戒值，系统绿灯变红灯，闪烁10s，通知工作人员采取措施。
3.4软件工作过程
控制主机通过CAN总线与并网系统进行实时数据通讯：一方面以F240为控制核心的并网系统将各个运行参数、运行状态、故障参数等数据发送给控制主机；另一方面控制主机将运行模式、系统启停等指令信号传送给F240。采集模块主要是实现现场交流信号和运行状态的采集及处理，并转换成相应的电参量显示出来，完成与通信管理模块的CAN总线数据通信以及模块本身的人机接El功能；通信模块主要完成节点间的数据通讯和下位机与上位机之间通讯，当监控软件接收到下位机传输的数据后，将有效的数据读入并保存，并且每间隔一段时间添加一次数据库记录，如果是无效或者故障数据，立即将数据存入故障数据库并保存，然后报警，提醒操作者，当故障问题解决后，可以重新启动监控运行。
4结束语
目前对光伏并网系统的研究，大多是针对大中型光伏并网电站或小区成套光伏屋顶，很少有涉及能够为城市单独家庭所用的小功率光伏并网系统。户用并网型光伏发电省去了蓄电池储能环节，不仅节省了成本，而且可以把多余的电发送到市电，这种应用方式受到越来越多的关注，因此，建立必要的监控系统显得尤为重要。它不仅可以对系统的运行状况和故障状况进行分析和控制，而且可以获取原始数据，为系统的优化和改进以及科学研究提供有用数据，所以研究光伏监控技术对光伏发电技术的进一步推广和应用具有十分重要的意义。