冗余微網(wǎng)通訊技術(shù)的研究

河北工業(yè)大學(xué)2014屆本科畢業(yè)論文河北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文作者：學(xué)號(hào)：學(xué)院：控制科學(xué)與工程學(xué)院系(專業(yè))：自動(dòng)化題目：冗余微網(wǎng)通信技術(shù)的研究指導(dǎo)者：(姓名)(專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者：(姓名)(專業(yè)技術(shù)職務(wù))年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要題目冗余微網(wǎng)通信技術(shù)的研究摘要：世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重影響了各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源需求在不斷增加，而化石能源日趨枯竭，核能又發(fā)展受到一定的限制，因此分布式發(fā)電系統(tǒng)越來越受到關(guān)注。其中微網(wǎng)通信技術(shù)是分布式發(fā)電系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。文章介紹了微電網(wǎng)相對(duì)于傳統(tǒng)大電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及其基本組成結(jié)構(gòu)，論述了CAN總線特點(diǎn)以及將CAN總線應(yīng)用于分布式電源的通信系統(tǒng)眾多優(yōu)點(diǎn)，建立分布式電源與中央控制器之間的通信控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)MODBUSRTU協(xié)議寫出CAN應(yīng)用于微網(wǎng)通信的基本通信報(bào)文以及程序基本流程框圖。關(guān)鍵詞：分布式電源微電網(wǎng)冗余CAN總線MODBUS協(xié)議河北工業(yè)大學(xué)2014屆本科畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要TitleTheresearchofcommunicationtechnologyOfredundantmicrogridAbstractWorldwideenergycrisishasseriouslyaffectedtheeconomicdevelopmentofmanycountries.atthesametime,thedemandforenergyisgrowing,thefossilenergyisexhausting,andthenuclearenergyislimited,sohumanpaymoreattentiontothedistributedgenerationsystem.Thecommunicationtechnologyofmicronetworkisoneofthemostpopularresearchdirectioninthefieldofdistributedgenerationsystem.Thispaperintroducestheadvantageandbasicstructureofmicrogridcomparedwithtraditionalpowergrid,elaboratesthecharacteristicsofCANbusanditsnumerousadvantagesincommunicationofdistributedpowersystem,andsetupatopologicalstructureamongacentralcontrolleranddistributedpowers.Besides,accordingtotheMODBUSRTUprotocol,abasiccommunicationmessageandthebasicprogramflowdiagramusedinCANbusarebeingdesigned.Keywords：DistributedgenerationMicrogridRedundancyCANBUSMODBUSProtocol目錄TOC\o"1-3"\h\u38371引言 頁1引言1.1題目背景和意義目前我國電力系統(tǒng)大部分都是集中、單一的大電網(wǎng)供電系統(tǒng)，其發(fā)電機(jī)多為大容量火電機(jī)組。伴隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)于電力能源的供應(yīng)質(zhì)量以及安全性、可靠性的要求也不斷提高。與此同時(shí)，全球性的能源危機(jī)以及舊的發(fā)電模式對(duì)于環(huán)境的嚴(yán)重污染已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。因而，新能源的開發(fā)利用成為當(dāng)今世界的熱點(diǎn)話題，以電力為中心的新一代能源革命序幕已經(jīng)拉開，其目的就在于以智能微電網(wǎng)為核心的低碳能源的普及與推廣。當(dāng)前是微電網(wǎng)發(fā)展的一大機(jī)遇期，同時(shí)其發(fā)展也具有很大的挑戰(zhàn)性，能源環(huán)境問題、經(jīng)濟(jì)效益問題、開放性問題、電網(wǎng)是否安全可靠和能否為客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)的問題、技術(shù)上的創(chuàng)新和管理模式上的效率問題都是當(dāng)下微電網(wǎng)發(fā)展需要重點(diǎn)考慮的因素。積極發(fā)展以可再生能源為主的新能源，加強(qiáng)以清潔為主的分布式電源的建設(shè)至關(guān)重要。分布式發(fā)電不同于傳統(tǒng)的集中式發(fā)電系統(tǒng)，它可以就近安裝在用戶附近，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)電供電的缺陷。通俗地講，微電網(wǎng)就是在大電網(wǎng)系統(tǒng)下一個(gè)個(gè)分散的小電網(wǎng)，可以孤島運(yùn)行也可以并網(wǎng)運(yùn)行，能夠?qū)Υ箅娋W(wǎng)進(jìn)行有效地支撐和有力的補(bǔ)充。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電相結(jié)合優(yōu)勢(shì)顯著，不論是在資金投入還是能源消耗方面，都能有所降低，對(duì)于系統(tǒng)的可靠性和靈活性的提高上，也十分有利，是未來電力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在歐美等發(fā)達(dá)國家，在能源等方面實(shí)行市場化，競爭激烈，同時(shí)進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展，能源的分布式系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)良好態(tài)勢(shì)。如英國為了促進(jìn)資源優(yōu)化開發(fā)，致力于能源效率項(xiàng)目的發(fā)展，目前有多個(gè)分布式能源系統(tǒng)已經(jīng)成功安裝。丹麥自1990年以來，發(fā)展分布式能源，安裝了許多鄰近于用戶側(cè)，主要是針對(duì)工業(yè)用戶和區(qū)域的分布式電站。美國已研制出μ電網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃DER-CAM等微電網(wǎng)仿真軟件。國外較早從事微電網(wǎng)領(lǐng)域的國家已經(jīng)在關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一些進(jìn)展，并已應(yīng)用于小電網(wǎng)中，目前較高電壓，較大規(guī)模的微電網(wǎng)發(fā)電能力為一大發(fā)展方向。我們的政府和主要研究機(jī)構(gòu)積極與國際合作，也取得了一些分布式能源發(fā)展的規(guī)劃技術(shù)，電源技術(shù)，操作技術(shù)以及保護(hù)和控制技術(shù)上的進(jìn)步，在微網(wǎng)信息的一些理論探索也有所突破，通信技術(shù)，如微測量模型和網(wǎng)絡(luò)通信模式，通信控制協(xié)議，接入方式和多種通信接口，以IEC61850為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)，擴(kuò)展的IEC61970和61968的CIM模型和它們的導(dǎo)入導(dǎo)出等。我們的專家還研究了一種通用的分布式發(fā)電單元和微網(wǎng)互連接口單元，并提出了其即插即用模型，分布式電源和微網(wǎng)互連界面分為兩部分：功率電源接口和信息接口，并分別分析和解釋了這兩個(gè)接口的設(shè)計(jì)方法和作用?；ヂ?lián)互通接口模型為靈活的模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于不同分布式發(fā)電單元和微網(wǎng)互聯(lián)，都能滿足要求，其靈活程度大大提高。1.3主要內(nèi)容全球能源危機(jī)越發(fā)嚴(yán)重，由傳統(tǒng)發(fā)電導(dǎo)致的環(huán)境問題也更加嚴(yán)重，因而產(chǎn)生了分布式電源技術(shù)，其技術(shù)核心在于智能微電網(wǎng)，本文主要介紹微電網(wǎng)內(nèi)的通信。一個(gè)微電網(wǎng)中可以包含多種微電源，目前較成熟的有風(fēng)力發(fā)電、輕、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、光伏發(fā)電等。微電網(wǎng)中微電源能否協(xié)調(diào)運(yùn)行依賴于微電網(wǎng)中通信系統(tǒng)的可靠性和安全性。由于微電源種類的不同且受各個(gè)方面因素的影響，存在一定的不確定性，因此選擇可靠的通信方式將很大程度上決定著整個(gè)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于分布式電源自身的特點(diǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)的控制帶來了困難，各個(gè)功率變換單元之間的也需要協(xié)調(diào)，傳統(tǒng)的集中式控制方式顯然不再適用。另外，隨著分布式電源控制策略不斷發(fā)展，模塊化的分布式電源間的通信的數(shù)字化控制是一大發(fā)展方向。本文選用CAN總線用于微電網(wǎng)內(nèi)的通信，以CAN總線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)對(duì)微電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和太陽能發(fā)電機(jī)進(jìn)行通信。將CAN總線引入到分布式電源中來，能有效克服有效通信距離短，數(shù)據(jù)傳輸速率低，抗電磁干擾性能差等缺陷。與此同時(shí)，CAN總線技術(shù)擁有多重錯(cuò)誤診斷機(jī)制，實(shí)踐證明該機(jī)制較為可靠，如果報(bào)文信息傳輸出錯(cuò)會(huì)自動(dòng)重發(fā)以及當(dāng)其節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下會(huì)自動(dòng)退出總線。對(duì)于CAN總線可以實(shí)現(xiàn)多主模式有一定優(yōu)勢(shì)。因此利用CAN總線進(jìn)行微網(wǎng)內(nèi)的通信對(duì)于以分布式電源為基礎(chǔ)的微電網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義。2簡單介紹對(duì)象2.1分布式電源的基本概念當(dāng)前各國家或組織對(duì)于分布式發(fā)電還沒有統(tǒng)一的定義，分布式發(fā)電（DistributedGeneration,DG）通常為小型發(fā)電系統(tǒng)，一般接在用戶側(cè)附近。分布式電源（DistributedResourses,DR）是一個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)，實(shí)際上包含了分布式發(fā)電系統(tǒng)及其儲(chǔ)能系統(tǒng)。它們的規(guī)模較小，容量可以是幾十千瓦到幾十兆瓦，所用的能源多為清潔能源，包括天然氣（含煤層氣，沼氣）、太陽能、生物質(zhì)能、氫能、風(fēng)能、小水電或其他可再生能源。而儲(chǔ)能系統(tǒng)大多數(shù)采用蓄電池，此外超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能等也得到不同程度的應(yīng)用。此外，冷、熱、電聯(lián)供方式對(duì)于滿足用戶多種需求、提高能源利用率和降低成本有很大幫助。分布式能源電力系統(tǒng)指的就是這種存在多種分布式電源的系統(tǒng)。2.2分布式電源的發(fā)電發(fā)電方式描述光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽能電池的光生伏打效應(yīng)直接把太陽的輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其使用的能量轉(zhuǎn)換器為光伏電池。光伏發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生污染物的排放，屬于清潔能源并且維護(hù)成本較低，當(dāng)前已經(jīng)存在能提供商業(yè)用途和住宅的產(chǎn)品，其安裝成本不斷降低同時(shí)其效率也在不斷提高。風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電的基本原理是利用風(fēng)輪將風(fēng)功率轉(zhuǎn)換成風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率。通過調(diào)整葉片方向選擇一個(gè)最佳狀態(tài)，從而通過阻滯風(fēng)速獲得最大風(fēng)能。風(fēng)能不但是一種可再生能源，而且風(fēng)力發(fā)電經(jīng)濟(jì)可行、環(huán)境友好且替代方便。許多產(chǎn)品已經(jīng)研發(fā)成功并投入使用，同時(shí)其發(fā)電效率和電能質(zhì)量等問題也在不斷解決。微、輕型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電微、輕型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的基本原理是利用渦輪排氣對(duì)離心式壓氣機(jī)內(nèi)排出的高壓氣在回?zé)釟馄鲀?nèi)預(yù)熱。在燃燒室內(nèi)，高壓空氣與燃料混合并燃燒，高溫燃?xì)庠谙蛐臏u輪中做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。微、輕型燃?xì)廨啓C(jī)可靠性高、質(zhì)量輕、其燃料具有較強(qiáng)適應(yīng)性、噪聲低、維護(hù)費(fèi)用低廉且只排放少量的污染，隨著科技發(fā)展，微、輕型燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)日趨成熟。今后，作為微網(wǎng)分布式能源不可或缺的一環(huán)，微型及輕型燃?xì)廨啓C(jī)將會(huì)有更大的發(fā)展空間。其不可或缺性體現(xiàn)在：一、冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CCHP），可梯級(jí)利用能源。二、可作為微網(wǎng)的主要功率支撐源，當(dāng)微網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)，能夠快速恢復(fù)頻率，可用于微網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，有助于微網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。隨著化工、電力電子、材料等各個(gè)學(xué)科的發(fā)展，分布式發(fā)電方式的發(fā)展也取得了重大發(fā)展，在國家和業(yè)界的大力支持下，許多新興的電力裝置正處在不同的發(fā)展階段。以下是一些較為熱門且適合用于分布式發(fā)電的發(fā)電方式。2.3微電網(wǎng)概述CC—中央控制器MC—CC—中央控制器MC—微電源控制器CB—斷路器SCB—分段斷路器CCHP—熱電聯(lián)產(chǎn)主網(wǎng)微電網(wǎng)CCCB2SCBSCBCB1MC儲(chǔ)能裝置熱負(fù)荷CCHP源MC非CCHP源MCSCBSCBCB3MC儲(chǔ)能裝置熱負(fù)荷CCHP源MC非CCHP源MC圖1典型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)2.4微電網(wǎng)的管理與控制為保證微電網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式，是否具有一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是關(guān)鍵。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，通常是通過一個(gè)中央控制器（CentralController,CC）與安裝在本地分布式微電源控制器(MicrosourceController,MC)相連來實(shí)現(xiàn)的。CC可以實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)的快速、靈活連接或斷開，能修正電壓驟降和系統(tǒng)失衡，能在無失穩(wěn)狀況下處理故障。CC主要是通過有功——頻率控制、無功——電壓控制和保護(hù)協(xié)調(diào)來滿足電能質(zhì)量的要求以保證微電網(wǎng)能夠可靠運(yùn)行。除此之外，CC還需要對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)度，輔助微電網(wǎng)維持從主網(wǎng)吸收的功率。MC主要負(fù)責(zé)對(duì)本地的微電源進(jìn)行控制，主要功能是在發(fā)生任何外界干擾和負(fù)荷變化時(shí)候，能在不與中央控制器CC進(jìn)行任何交互的情況下控制微電源的潮流和負(fù)荷端電壓水平。MC同時(shí)還參與經(jīng)濟(jì)調(diào)度、負(fù)荷跟蹤/管理和需求側(cè)管理。在孤島模式下保證微電源能快速識(shí)別自身負(fù)荷分配情況；重新并網(wǎng)后，在CC協(xié)助下又能及時(shí)恢復(fù)。與此同時(shí)，MC可以與CC配合運(yùn)行也可以在CC不參與的情況下獨(dú)立運(yùn)行。各個(gè)微電源的MC之間也是相對(duì)獨(dú)立的，MC可以在不受鄰近MC干擾的情況下快速對(duì)檢測到的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。在沒有CC的參與時(shí)，MC不會(huì)與其他MC單獨(dú)進(jìn)行交互，同時(shí)MC能屏蔽對(duì)微電源有害的CC指令且MC在微電網(wǎng)中統(tǒng)一管理微電源和儲(chǔ)能裝置，使得設(shè)備能平滑且靈活地運(yùn)行。3CAN總線與分布式電源3.1CAN總線在分布式電源中的應(yīng)用CAN總線作為應(yīng)用前景最好的現(xiàn)場總線之一，設(shè)計(jì)獨(dú)特，可靠性高且性能優(yōu)異，已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。CAN作為總線式串行網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合了許多最新科技，其可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等特點(diǎn)較一般總線而言較為出色。工業(yè)現(xiàn)場中一般通過單總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，但單總線形式下，總線一旦出現(xiàn)通訊故障將嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作，對(duì)于監(jiān)測和控制都十分不利，在某些控制領(lǐng)域里甚至有更大的安全隱患。上述問題可以應(yīng)用冗余CAN總線技術(shù)進(jìn)行處理。本文采用雙CAN總線設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)中的兩個(gè)CAN總線互為熱備用，一主一從。在正常工作時(shí)，兩個(gè)CAN總線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，但是接收端只接受主CAN線路的數(shù)據(jù)，當(dāng)主CAN線路出現(xiàn)故障,CAN的從線路將替代主線路與接收器進(jìn)行信息交互。由互為熱備用的冗余CAN總線組成數(shù)據(jù)采集和指令傳輸系統(tǒng)，能提高系統(tǒng)可靠性和抗干擾性能，適用于工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境。通信系統(tǒng)由信號(hào)采集器、信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)電路和一些用于傳輸信息的外圍接口組成，中央控制器（centercontroller,CC）是作為系統(tǒng)主控單元是信息處理的核心。信息采集、管理、處理、發(fā)送、儲(chǔ)存和顯示等都由CC來負(fù)責(zé)。同時(shí)來自維護(hù)接口的用戶指令也通過CC來解析，CC根據(jù)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳送或者是進(jìn)行系統(tǒng)日常維護(hù)。CC除了協(xié)調(diào)整個(gè)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還可對(duì)微電網(wǎng)中功率分配和電壓設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)維持在適當(dāng)?shù)念l率和電壓水平，保證能量的優(yōu)化配置。此外，CC還與主網(wǎng)互聯(lián)，以共享監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、綜合電網(wǎng)信息。MC安裝在發(fā)電設(shè)備附近負(fù)責(zé)與CC進(jìn)行通信，接收來自CC的指令，同時(shí)控制相應(yīng)的發(fā)電設(shè)備。位于分布式電源附近的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器周期性接收來自控制器的采集指令，周期性地將采集數(shù)據(jù)發(fā)給信息處理器。當(dāng)微網(wǎng)發(fā)生故障，MC將從微電網(wǎng)中斷開，此時(shí)由MC獨(dú)立管理控制本地微電源。本文選用SJA1000作為CAN控制器，以82C250作為總線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)CAN控制器與物理總線的連接。CAN總線應(yīng)用于分布式電源的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 PCA82C250PCA82C250SJA1000PCA82C250SJA1000MCAD/DA驅(qū)動(dòng)電路采集電路CANBUS1CANBUS2主網(wǎng)PCA82C250SJA1000PCA82C250SJA1000MCAD/DA驅(qū)動(dòng)電路采集電路PCA82C250SJA1000PCA82C250SJA1000MCAD/DA驅(qū)動(dòng)電路采集電路圖2CAN總線應(yīng)用于分布式電源的基本結(jié)構(gòu)3.2CAN總線應(yīng)用于分布式電源通信的優(yōu)勢(shì)作為一種多主多從總線，CAN能很好地支持分布式控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制?？偩€上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)地位平等，可隨時(shí)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳送。某一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)占用總線，若在傳輸數(shù)據(jù)過程中發(fā)生總線沖突，獲得權(quán)限的節(jié)點(diǎn)取決于總線仲裁結(jié)構(gòu)。CAN總線搭建較為簡便，且通信方式簡單。在可能有電磁干擾的現(xiàn)場，CAN只需通過簡單的通信協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸且可靠性高。CAN總線的主要特點(diǎn)概況如下：1、在任意時(shí)刻，CAN總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，即采用了多主競爭式的總線結(jié)構(gòu)，而沒有確定的主從關(guān)系，通信靈活方便，且它的通信介質(zhì)多種多樣，雙絞線、同軸電纜或者是光導(dǎo)纖維均可，可以多個(gè)主站同時(shí)運(yùn)行并分散仲裁實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)一或者是一對(duì)多以及廣播式集中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；2、CAN總線采用非破壞性的總線仲裁方式，如果在某一時(shí)刻，有多個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送報(bào)文，總線仲裁機(jī)構(gòu)據(jù)其優(yōu)先級(jí)來確定占用總線的節(jié)點(diǎn)。這種方式既保證了優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文能夠優(yōu)先傳送，又避免了多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)從不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送造成總線沖突；3、CAN總線可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到10KM，此外CAN也擁有較高的通信速度，最高可達(dá)到1Mbit/s；4、CAN以報(bào)文方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，其先將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包形成報(bào)文，每一報(bào)文為包含有效字節(jié)8個(gè)的小報(bào)文。按照這種小報(bào)文方式進(jìn)行傳送，能節(jié)省傳輸時(shí)間，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，在收到干擾時(shí)重發(fā)報(bào)文的幾率也很大程度地降低了。5、CAN總線采用多種校驗(yàn)方式，有位校驗(yàn)、填充位校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)、和數(shù)據(jù)幀格式校驗(yàn)，很大程度上降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)幾率。與此同時(shí)，CAN總線的自動(dòng)重發(fā)錯(cuò)誤報(bào)文、判斷錯(cuò)誤狀態(tài)、出現(xiàn)臨時(shí)錯(cuò)誤時(shí)能自動(dòng)恢復(fù)，通訊可靠性高。6、若節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)次數(shù)過多，將啟動(dòng)閉總線功能。即節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出總線，防止總線因某一節(jié)點(diǎn)的故障而受到大范圍影響。CAN總線采用的是雙線串行通信方式進(jìn)行信息傳送，較為完善的錯(cuò)誤校驗(yàn)機(jī)制使得CAN總線可以很好適應(yīng)噪聲干擾較大的環(huán)境。CAN的優(yōu)越性以及其可靠性已經(jīng)在工程應(yīng)用中得到驗(yàn)證，并且越來越受到工業(yè)界的重視。CAN總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)距離與該距離下最大位速率的關(guān)系如下表：位速（bit/s）總線最大長度（m）1M40500K130250K270125K530100K62050K130020K330010K67005K100004SJA1000獨(dú)立的CAN控制器4.1SJA1000CAN控制器基本概述CAN-BUSlineSJA1000CAN-BUSlineSJA1000HostControllerInterfaceManagementLogicTransmitBufferReceiveFIFOAcceptancefilterCANCoreBlockCAN2.0BTransceiver圖3SJA1000結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，CAN幀的發(fā)送和接收CAN核心模塊（CANCoreBlock）負(fù)責(zé)。接口管理邏輯（InterfaceManagementLogic）與外部主控制器相連，該控制器一般為微控制器，也可為其它器件。同時(shí)IML處理經(jīng)過SJA1000復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線訪問寄存器和控制讀/寫選通信號(hào)。一個(gè)完整的報(bào)文，不論是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式，都能存儲(chǔ)在SJA1000的發(fā)送緩沖器（TransmitBuffer）中。接口管理邏輯會(huì)使CAN核心模塊在主控制器初始化發(fā)送后從發(fā)送緩沖器讀CAN報(bào)文。當(dāng)接收一個(gè)報(bào)文時(shí)，串行位數(shù)據(jù)通過CAN核心模塊轉(zhuǎn)換成用于驗(yàn)收濾波器（AcceptanceFilter）的并行數(shù)據(jù)。該可編程濾波器幫助確定主控制器接收的報(bào)文。驗(yàn)收濾波器驗(yàn)收后將所有的報(bào)文存儲(chǔ)于接收FIFO中，而工作模式將決定能存儲(chǔ)報(bào)文的數(shù)量，最多只能存儲(chǔ)32個(gè)報(bào)文。4.2SJA1000基本功能和寄存器SJA1000內(nèi)部寄存器較為完備，適用于許多不同屬性的CAN總線的通信，SJA1000主要是由主控制器的程序來控制其功能配置和動(dòng)作。SJA1000和主控制器之間的數(shù)據(jù)交換通過一系列的寄存器和報(bào)文緩沖器來完成，對(duì)于主控制器來說，這些寄存器相當(dāng)于外圍器件而存在，這些寄存器組成了報(bào)文接收和發(fā)送的緩沖器。4.3SJA1000初始化獨(dú)立的CAN控制器SJA1000的通信設(shè)置在上電或硬件復(fù)位之后。上電后，主控制器先運(yùn)行自己特殊的復(fù)位程序，之后開始SJA1000的設(shè)置。是是配置時(shí)鐘分頻寄存器:PeliCAN或BasicCANCAN輸入比較器旁路時(shí)鐘控制和頻率使用TX1引腳否復(fù)位模式?主控制器禁用CAN中斷源初始化開始進(jìn)入復(fù)位模式是是否配置接收碼寄存器配置總線時(shí)鐘寄存器配置輸出控制寄存器進(jìn)入工作模式工作模式？主控制器使能CAN中斷源配置結(jié)束圖4SJA1000初始化4.4報(bào)文的發(fā)送SJA1000能夠獨(dú)立完成報(bào)文的發(fā)送。在此期間，待發(fā)送報(bào)文首先被傳輸至發(fā)送緩沖器中，然后對(duì)命令寄存器中的“發(fā)送請(qǐng)求位”置位，通過中斷請(qǐng)求或者是查詢控制段狀態(tài)標(biāo)志來控制其發(fā)送過程，如圖5為SJA1000報(bào)文發(fā)送主過程。請(qǐng)求發(fā)送一個(gè)報(bào)文請(qǐng)求發(fā)送一個(gè)報(bào)文否是CAN發(fā)送中斷使能發(fā)送緩沖器釋放？報(bào)文寫入發(fā)送緩沖器 報(bào)文寫入臨時(shí)存儲(chǔ)器 置發(fā)送請(qǐng)求位置“更多報(bào)文”標(biāo)志圖5報(bào)文傳送主過程4.4.1中斷控制的發(fā)送放置一個(gè)新報(bào)文到發(fā)送緩沖器之前主控制器需要先檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器狀態(tài)標(biāo)志（TBS）。以防發(fā)送緩沖器由于SJA1000正在發(fā)送報(bào)文而被鎖定。主控制器將報(bào)文暫時(shí)存放在自身的存儲(chǔ)器李并設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，表示有報(bào)文正在等待發(fā)送，這種情況即為鎖定發(fā)送緩沖器。在中斷服務(wù)程序中，傳輸報(bào)文的啟動(dòng)將被理，程序在發(fā)送結(jié)尾被初始化。主控制器從CAN控制器中收到中斷請(qǐng)求后，是否為發(fā)送請(qǐng)求中斷，如果是，那么它會(huì)查詢是否有更多的報(bào)文將被發(fā)送。此時(shí)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中存放的待發(fā)送報(bào)文會(huì)被復(fù)制到發(fā)送緩沖器，然后清除表示有更多報(bào)文需要發(fā)送的標(biāo)志，最后置起“發(fā)送請(qǐng)求（TR）”位，使SJA1000啟動(dòng)發(fā)送，如圖6是SJA1000中斷控制發(fā)送過程。否否是是否CAN發(fā)送中斷？更多報(bào)文？清除“更多報(bào)文”標(biāo)志臨時(shí)寄存器中報(bào)文送入發(fā)送緩沖器置“發(fā)送請(qǐng)求”位圖6中斷控制發(fā)送過程4.4.2查詢控制的發(fā)送在查詢控制的發(fā)送報(bào)文過程中，CAN控制器的發(fā)送中斷在此類發(fā)送控制中禁能。SJA1000在發(fā)送報(bào)文時(shí)，發(fā)送緩沖器被寫鎖定。因此在將新報(bào)文放入發(fā)送緩沖器之前主控制器必須檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器狀態(tài)標(biāo)志TBS。在整個(gè)過程中，對(duì)狀態(tài)寄存器進(jìn)行周期性查詢，主控制器處于等待狀態(tài)，當(dāng)查詢到發(fā)送緩沖器被釋放，主控制器將新的報(bào)文寫入發(fā)送緩沖器并置位命令寄存器的發(fā)送請(qǐng)求TR標(biāo)志，之后SJA1000將啟動(dòng)發(fā)送。如圖7位查詢控制SJA1000發(fā)送過程。是是否發(fā)送緩沖器釋放？置發(fā)送請(qǐng)求位待傳送報(bào)文送至發(fā)送緩沖器執(zhí)行其他任務(wù)或再次查詢圖7查詢方式發(fā)送報(bào)文4.5報(bào)文的接收?qǐng)?bào)文的接收是由CAN控制器SJA1000獨(dú)立完成，接收到的報(bào)文存放在接收緩沖器中。允許發(fā)送給主控制器的報(bào)文，狀態(tài)寄存器中的接收緩沖器狀態(tài)標(biāo)志（RBS）和中斷標(biāo)志（R1）會(huì)標(biāo)出。主控制器將該信息發(fā)送到本地的報(bào)文儲(chǔ)存器后，釋放報(bào)文接收緩沖器并對(duì)報(bào)文進(jìn)行操作。與報(bào)文的發(fā)送相同，報(bào)文的接收過程也可由查詢SJA1000控制段狀態(tài)和中斷請(qǐng)求狀態(tài)標(biāo)志來控制。4.5.1中斷方式控制接收是否接收緩沖器滿？讀接收緩沖器報(bào)文并保存釋放接收緩沖寄存器接收?qǐng)?bào)文其他任務(wù)是否接收緩沖器滿？讀接收緩沖器報(bào)文并保存釋放接收緩沖寄存器接收?qǐng)?bào)文其他任務(wù)圖8中斷控制的接收過程4.5.2查詢方式控制接收查詢方式控制接收的基本流程圖與中斷控制方式接收?qǐng)?bào)文相類似，只是查詢方式控制接收的報(bào)文接收程序位于主程序中而在此接收方式下CAN控制器的接收中斷禁能。主控制器讀取接收緩沖寄存器狀態(tài)標(biāo)志位RBS，查詢接收緩沖寄存器是否存在報(bào)文，若接收緩沖寄存器狀態(tài)標(biāo)志為“空”，那么程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的任務(wù)知道查詢到接收緩沖器中有報(bào)文為止。若接收緩沖寄存器狀態(tài)標(biāo)志為“滿”，則說明接收緩沖器中存在一個(gè)或多個(gè)報(bào)文。那么主控制器從接收緩沖器中讀取第一個(gè)報(bào)文并保存，然后置位釋放接收緩沖寄存器，然后啟動(dòng)報(bào)文接收。4.5.3接收FIFO/報(bào)文計(jì)數(shù)器/直接RAM訪問SJA1000中的寄存器和報(bào)文緩沖器相對(duì)于主控制器來說相當(dāng)于是外圍的寄存器，它們的尋址可以通過復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。不同寄存器可以在不同的操作模式中訪問，其中包含了初始化寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器。SJA1000的接收FIFO高達(dá)64位，最多能夠存儲(chǔ)n=21條報(bào)文，其中接收?qǐng)?bào)文的數(shù)量計(jì)算方法為n=。5基于MODBUSRTU通訊規(guī)約的微電網(wǎng)CAN總線通訊系統(tǒng)5.1MODBUSRTU通訊協(xié)議簡介MODBUS通訊協(xié)議分為RTU協(xié)議和ASCII協(xié)議，本文采用MODBUSRTU通訊協(xié)議，MODBUS協(xié)議詳細(xì)定義了校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)序列等數(shù)據(jù)交換所需的必要內(nèi)容。主機(jī)通過通訊信號(hào)尋址將報(bào)文傳送到從機(jī)，從機(jī)再通過相反的方向發(fā)出應(yīng)答信號(hào)傳送至主機(jī)，二者通過事先約定的標(biāo)識(shí)符相互識(shí)別。5.2微網(wǎng)通訊報(bào)文5.2.1通訊報(bào)文簡介本文所寫報(bào)文基于MODBUSRTU協(xié)議,用于微電網(wǎng)中CC與MC之間的通訊，其中CC和MC均使用PC104結(jié)構(gòu)的嵌入式微機(jī)，暫定其通信波特率1Mbps（具體波特率需根據(jù)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)量、通信介質(zhì)、數(shù)據(jù)量大小、通訊距離等因素綜合考慮）。其中CC地址為00H，MC地址分別為風(fēng)電設(shè)備01H、光伏發(fā)電設(shè)備02H、燃機(jī)設(shè)備03H。5.2.2在線查詢分布式電源狀態(tài)環(huán)節(jié)本環(huán)節(jié)主要用于查詢各分布式電源電量、運(yùn)行狀態(tài)等，并將其顯示到控制監(jiān)控屏幕上。對(duì)電源狀態(tài)進(jìn)行周期性查詢以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電源當(dāng)前運(yùn)行是否出現(xiàn)故障。查詢報(bào)文格式：設(shè)備地址功能代碼上傳數(shù)據(jù)要求01H02H03H01H：分布式能源上傳電量實(shí)時(shí)參數(shù)02H：分布式電源上傳運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)03H：分布式電源故障狀態(tài)參數(shù) 應(yīng)答報(bào)文格式：功能代碼數(shù)據(jù)區(qū)長度數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)5.2.3命令報(bào)文格式對(duì)于分布式電源的日常維護(hù)、參數(shù)修改或是在發(fā)生故障時(shí)的調(diào)整指令，都可通過本報(bào)文下達(dá)。命令報(bào)文格式：設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)01H02H03H01H：分布式電源開機(jī)運(yùn)行02H：分布式電源關(guān)閉03H：設(shè)定目標(biāo)值應(yīng)答報(bào)文：功能代碼完成確認(rèn)5.3微網(wǎng)通訊流程圖本通訊系統(tǒng)擬在Borlandc++3.1環(huán)境中進(jìn)行編譯，本文僅采用查詢方式簡單描述了在通訊過程中的報(bào)文接收和發(fā)送功能，流程圖如圖9所示，其中包含的函數(shù)說明如下表：CAN_OPEN打開CAN控制器CAN_Config配置CAN端口CAN_Inquiry1詢問是否有報(bào)文待接收CAN_Inquiry2詢問是否有報(bào)文待發(fā)送CAN_RcvMsg接收?qǐng)?bào)文CAN_SendMsg發(fā)送報(bào)文YYYNNCAN_ConfigMAIN_PROCAN_RcvMsgCAN_SendMsgCAN_Inquiry2CAN_Inquiry1CAN_OPEN圖9通信報(bào)文傳送流程圖本流程圖為CAN總線應(yīng)用于微網(wǎng)通信的基本流程圖。在一般情況下，微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部通信默認(rèn)為CC與MC之間的通信即由CC對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理與控制而MC作為本地微電源控制器嚴(yán)格執(zhí)行來自MC的指令。程序開始，先對(duì)SJA1000進(jìn)行初始化設(shè)置，選擇工作模式，本文默認(rèn)使用BasicCAN模式，并配置相關(guān)寄存器。在運(yùn)行主程序過程中，系統(tǒng)周期性地查詢CC是否發(fā)出指令或總線上是否有待接收?qǐng)?bào)文，如果有，則進(jìn)入接收?qǐng)?bào)文子程序，否則繼續(xù)詢問是否存在待發(fā)送報(bào)文，待接收?qǐng)?bào)文首先進(jìn)入報(bào)文緩沖區(qū)域，被相應(yīng)控制器查詢到有待接收?qǐng)?bào)文后，將啟動(dòng)報(bào)文接收子程序，該子程序中定義了SJA1000的接收?qǐng)?bào)文格式相關(guān)篩選規(guī)則，根據(jù)所定義格式對(duì)待接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行逐位比對(duì)確認(rèn)，只有通過篩選的報(bào)文才能被正確接收。如果沒有待接收?qǐng)?bào)文，系統(tǒng)將詢問是否有待發(fā)送報(bào)文，沒有，則繼續(xù)執(zhí)行主程序，否則，跳轉(zhuǎn)至報(bào)文發(fā)送子程序。報(bào)文發(fā)送子程序中定義了與接收器中篩選器格式相對(duì)應(yīng)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符結(jié)構(gòu)以及存放報(bào)文具體內(nèi)容的數(shù)據(jù)區(qū)域。所有步驟執(zhí)行完后程序也將回到主程序中繼續(xù)查詢等待直至下一個(gè)待發(fā)送或待接收的報(bào)文出現(xiàn)。結(jié)論本文論述分布式電源、微電網(wǎng)通信以及CAN總線相關(guān)功能特點(diǎn)，通過編寫基于MODBUSRTU協(xié)議的報(bào)文，實(shí)現(xiàn)了將CAN總線應(yīng)用于分布式電源的基本通訊功能。本文以1個(gè)CC和3個(gè)MC通信為例子，描述了基于MODBUSRTU通信規(guī)約的CAN總線應(yīng)用于微電網(wǎng)的報(bào)文，實(shí)現(xiàn)了MC與CC的基本通信功能。此外還通過采用冗余雙CAN總線的方法，在一定程度上增強(qiáng)了通訊網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)CAN總線通訊報(bào)文CRC校驗(yàn)方式和嚴(yán)格的報(bào)文篩選模式，大大降低了微網(wǎng)通訊系統(tǒng)的出錯(cuò)概率。而且CAN的CRC校驗(yàn)方式可采用硬件校驗(yàn)方式，從而避免了復(fù)雜的編程校驗(yàn)，當(dāng)硬件檢測到報(bào)文發(fā)送錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)重發(fā)，進(jìn)一步降低了通信報(bào)文的數(shù)據(jù)量，為報(bào)文的傳送節(jié)省了時(shí)間。CAN總線可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳輸，能夠滿足微網(wǎng)通訊的基本要求。本文使用SJA1000作為CAN控制器，SJA1000作為獨(dú)立的CAN控制器帶有64個(gè)字節(jié)的接收FIFO，報(bào)文存儲(chǔ)量大，接收FIFO可以存儲(chǔ)高達(dá)21個(gè)報(bào)文，延長了最大中斷服務(wù)時(shí)間，大大避免了數(shù)據(jù)超載，同樣提高了通訊系統(tǒng)的安全性能。微電網(wǎng)通訊作為當(dāng)下熱門的研究方向，有著巨大的發(fā)展空間。由于電力系統(tǒng)關(guān)乎國民生計(jì)，對(duì)于其安全性和穩(wěn)定性有著十分嚴(yán)格的要求，因此隨著軟硬件設(shè)備的發(fā)展和科研的深入，微電網(wǎng)通訊將會(huì)在實(shí)際應(yīng)用取得更長足的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1]NIKKHAJOEIH,LASSETERRH.DistributedgenerationinterfacetotheCERTSmicrogrid.IEEETransonPowerDelivery,2009,24(3):1598-1608.[2]肖宏飛,劉士榮,鄭凌蔚.微型電網(wǎng)技術(shù)初探.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制