基于GPRS及SOCKET的光伏發(fā)電數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)研究

張小剛，張琪琪

（國(guó)網(wǎng)江西省電力公司九江供電分公司，江西 九江 332000）

0 引言

為應(yīng)對(duì)全球化石燃料加速枯竭的能源危機(jī)和日益高漲的能源需求，各國(guó)大力的推動(dòng)可再生能源快速的發(fā)展，改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，可再生能源將逐漸替代常規(guī)化石燃料能源。而光伏發(fā)電在其自身得天獨(dú)厚的條件下，它的發(fā)展也是越來(lái)越迅速[1]。同時(shí)光伏發(fā)電也容易受到氣象環(huán)境等因素的影響。為分析光照強(qiáng)度、氣溫、濕度等氣象條件對(duì)光伏發(fā)電的影響，需要對(duì)發(fā)電數(shù)據(jù)及微氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析。另外，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)通常布設(shè)在野外，其數(shù)據(jù)需要通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)，傳送到信息中心進(jìn)行存儲(chǔ)與分析[1，2]。在數(shù)據(jù)發(fā)送端，使用了帶GPRS 傳輸協(xié)議的DTU，運(yùn)行有一個(gè)SOCKET 客戶端，自動(dòng)連接到指定IP 地址和端口的SOCKET 服務(wù)器。在數(shù)據(jù)接收端，SOCKET 服務(wù)器監(jiān)視來(lái)自客戶端連接請(qǐng)求，并接收、解析及保存數(shù)據(jù)[3，4，5]。本文對(duì)基于GPRS 及SOCKET 的光伏發(fā)電數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

同時(shí)，為保證socket 服務(wù)器的長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)計(jì)了看門狗軟件Watch 以監(jiān)視socket 的運(yùn)行狀態(tài)。另外，還設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程調(diào)試程序，用于對(duì)socket 服務(wù)程序進(jìn)行遠(yuǎn)程更新。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體組成

本文主要描述其數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。光伏發(fā)電數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)主要組成部分包括SOCKET服務(wù)器、看門狗軟件程序、以及遠(yuǎn)程調(diào)試程序。其主要作用是接收來(lái)自監(jiān)測(cè)終端采集的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS通信方式發(fā)送），并保存到后臺(tái)服務(wù)器中。其傳輸?shù)闹饕獏?shù)有：逆變器輸出工作狀態(tài)電壓、電流、總有用功率、日發(fā)電量、總發(fā)電量、總運(yùn)行時(shí)間6個(gè)電量參數(shù)；以及氣象站輸出的溫度、日照、風(fēng)速、風(fēng)向4個(gè)參數(shù)，共10個(gè)數(shù)據(jù)。通過(guò)將這10組數(shù)據(jù)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行推送，實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，以供工作人員的參考。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

由于數(shù)據(jù)參數(shù)需要遠(yuǎn)程傳輸，所以需要數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器和PC服務(wù)器通信協(xié)議。下面就光伏發(fā)電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行說(shuō)明。其中，上行數(shù)據(jù)（即由DTU向接收端傳送）傳輸幀的格式為：起始符+設(shè)備號(hào)+數(shù)據(jù)域+結(jié)束符，具體標(biāo)示如表1 所示（61 個(gè)字節(jié)）。下行數(shù)據(jù)（由接收端向DTU 返回應(yīng)答）傳輸帳格式固定為“0×73_03_65”3個(gè)字節(jié)。

表1 上行數(shù)據(jù)幀格式

其中：

1）起始符：固定為“0×73”。（即ASCII碼”S”）；

2）設(shè)備號(hào)：0×01→湖口；0×02→彭澤；0×03→共青1號(hào)；0×04→共青2號(hào)；

3）溫度：范圍-999→+999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1攝氏度）（高位補(bǔ)0，比如溫度為2.3度，發(fā)送數(shù)據(jù)就表達(dá)為“+023”）；

4）日照：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：流明）（高位補(bǔ)0）；

5）風(fēng)速：范圍000→999（備注，表達(dá)為ASCII 碼.單位：米/秒）（高位補(bǔ)0）；

6）風(fēng)向：范圍000→999（備注，表達(dá)為ASCII 碼.單位：度）（高位補(bǔ)0）；

7）A 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 V）（高位補(bǔ)0）；

8）B 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 V）（高位補(bǔ)0）；

9）C 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1V）（高位補(bǔ)0）；

10）A 相電流：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補(bǔ)0）；

11）B 相電流：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補(bǔ)0）；

12）C 相電流：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補(bǔ)0）；

13）當(dāng)前功率：范圍00000→99999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：W；該值是總有功功率）（高位補(bǔ)0）；

14）日發(fā)電量：范圍0000→9999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：0.1 kWh；（高位補(bǔ)0）；

15）總發(fā)電量：范圍000000→999999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：kWh；（高位補(bǔ)0）；

16）總運(yùn)行時(shí)間：范圍000000→999999（備注，表達(dá)為ASCII碼.單位：小時(shí)；（高位補(bǔ)0）；

17）截止符：固定為“0×65”。（即ASCII碼“E”）。

2 Socket服務(wù)器的設(shè)計(jì)

圖2為服務(wù)器端主程序流程圖。

圖2 服務(wù)器端主程序流程

接收數(shù)據(jù)服務(wù)器端的設(shè)計(jì)主要是利用了微軟的可視化編程工具C#.NET平臺(tái)所建立起的可視化操作界面，并結(jié)合SQL Server 技術(shù)存儲(chǔ)相應(yīng)處理后到的數(shù)據(jù)。服務(wù)器端與數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器通過(guò)Socket 通信技術(shù)，建立連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2.1 服務(wù)器端的主程序

在服務(wù)器端的設(shè)計(jì)中，基于.NET平臺(tái)，在服務(wù)器窗體設(shè)計(jì)中，添加相應(yīng)的控件，并將這些非受管代碼轉(zhuǎn)換成受管代碼，才可以在.NET 公用語(yǔ)言框架內(nèi)運(yùn)行，獲得本地IP地址和本地端口號(hào)，將相應(yīng)通信信息顯示在信息框內(nèi)。其中服務(wù)器端主要功能包括：

服務(wù)器端開(kāi)放固定端口，并通過(guò)Dns.GetHostEntry（）函數(shù)來(lái)獲得本地的IP。再通過(guò)Socket 通信技術(shù)監(jiān)聽(tīng)到數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器，并與之建立連接。否則，一直在不斷地監(jiān)聽(tīng)。

服務(wù)器端與數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器端建立連接后，通過(guò)ReceiveVarData（）函數(shù)接收數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送的數(shù)據(jù)包。并對(duì)此數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，取出相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

將處理過(guò)的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫(kù)中后，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器每隔10 min發(fā)送的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)接收方法

數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)器定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)包經(jīng)Internet發(fā)送到Socket服務(wù)器端，服務(wù)器端通過(guò)Socket 通信技術(shù)建立連接后，將接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，并返回發(fā)送反饋應(yīng)答信息。服務(wù)器端通過(guò)自帶的ReceiveVarData（）函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收，其接受具體的流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)接收流程

服務(wù)器端接收到為十進(jìn)制的數(shù)據(jù)包，通過(guò)BitConverter.ToString（）函數(shù)將數(shù)據(jù)包的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)；然后通過(guò)判斷其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否為完整的數(shù)據(jù)包，其次分別驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的幀頭是否為“73H”、結(jié)束符是否為“65H”以及設(shè)備號(hào)是否對(duì)應(yīng)，若以上條件均滿足條件則接受的數(shù)據(jù)包為完整的數(shù)據(jù)包，然后將完整的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

為方便開(kāi)發(fā)人員通過(guò)遠(yuǎn)程的方式，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，socket服務(wù)器中集成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求后，從指定的數(shù)據(jù)庫(kù)表中提取數(shù)據(jù)，發(fā)送給數(shù)據(jù)請(qǐng)求端。數(shù)據(jù)請(qǐng)求端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求格式（字符串）為：

remotedata/tablename/orderColumn/rowNumber 即以“remotedata/”字符串開(kāi)頭，再加上所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)表名、排序字段、數(shù)據(jù)行數(shù)。例如：

SOCKET服務(wù)器接收到上述請(qǐng)求后，先從數(shù)據(jù)庫(kù)的workdata1表中，按nid的逆序提取100條數(shù)據(jù)，然后分行寫入一個(gè)文本文件，再將該文本文件發(fā)送到數(shù)據(jù)請(qǐng)求端。

3 看門狗及遠(yuǎn)程調(diào)試功能

為保證SOCKET服務(wù)器的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，以及開(kāi)發(fā)人員通過(guò)遠(yuǎn)程的方式對(duì)其進(jìn)行更新，開(kāi)發(fā)了看門狗軟件及遠(yuǎn)程調(diào)試軟件。

3.1 看門狗軟件

SOCKETE服務(wù)器需要不間斷運(yùn)行以接收SOCKET客戶端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，因此需要監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)，以保證在其發(fā)生故障時(shí)，能夠重啟服務(wù)。為此，設(shè)計(jì)了一個(gè)看門狗軟件Watch。該看門狗作為一個(gè)socket客戶端，連接到socket 服務(wù)器，然后每隔30 秒，向SOCKET 服務(wù)器發(fā)送一個(gè)問(wèn)詢字符串“watch”。SOCKET 服務(wù)器接收到后，返回給watch 程序一個(gè)應(yīng)答“OK”。如果watch 連發(fā)三次但沒(méi)有接收到正確的回復(fù)（或者連接不到SOCKET服務(wù)器），則重啟SOCKET 服務(wù)器。在重啟SOCKET 服務(wù)器之前，從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢查是否有更新的SOCKET 服務(wù)器程序版本，如有，則先下載再重啟。

3.2 遠(yuǎn)程調(diào)試軟件

遠(yuǎn)程調(diào)試軟件作為一個(gè)SOCKET客戶端，連接到SOCKET服務(wù)器，其功能包括：

1）輸入需要遠(yuǎn)程連接的IP地址及端口；

2）連接到指定IP及端口的SOCKET服務(wù)器；

3）向SOCET 服務(wù)器傳送最新的程序文件，由SOCKET服務(wù)器保存到數(shù)據(jù)庫(kù)；

4）重啟SOCKET服務(wù)器；

5）向SOCKET 服務(wù)器請(qǐng)求指定的數(shù)據(jù)庫(kù)表中的數(shù)據(jù)；

6）向SOCKET服務(wù)器請(qǐng)求日志文件。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)仿真，驗(yàn)證了不同容量不同地點(diǎn)DG接入配電網(wǎng)對(duì)用戶端電壓的影響，并通過(guò)對(duì)比不同功率因素DG接入配電網(wǎng)中對(duì)配電網(wǎng)電壓分布的影響，得出可通過(guò)調(diào)節(jié)分布式電源的功率因素來(lái)調(diào)節(jié)配網(wǎng)線路電壓分布。為分布式電源參與電網(wǎng)調(diào)壓提供了一定參考依據(jù)，也為配網(wǎng)滾動(dòng)規(guī)劃提供一個(gè)有益的參考。

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