充電樁狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)與C/S框架設(shè)計

王東軍+林曉煥+鄭心心

摘要：針對目前現(xiàn)有的充電樁系統(tǒng)，運用了Java語言生成模擬數(shù)據(jù)，用mysql數(shù)據(jù)庫，以apache作為服務(wù)器，在.net開發(fā)平臺上運用winform界面制作工具，通過C#語言編程完成界面制作，最終開發(fā)出來一套對充電樁的各項指標(biāo)進行監(jiān)控，并對故障信息作出及時反應(yīng)的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有很好的使用價值。

關(guān)鍵詞：充電樁；Java；mysql數(shù)據(jù)庫；apache；winform界面

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0241-03

電動汽車以二次能源電能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一次不可再生能源，且在行駛過程中可以實現(xiàn)二氧化碳低排放甚至零排放、無噪聲污染。電動汽車相比于傳統(tǒng)汽車在能量轉(zhuǎn)化效率[1]和安全性方面都要優(yōu)秀很多。但是電動汽車不同于其他商品，它不能只根據(jù)供求關(guān)系去經(jīng)營和生產(chǎn)，要想能夠讓電動汽車迅猛發(fā)展，讓老百姓普遍接受，必須先建設(shè)足夠的充電站和充電樁，要達到跟加油站一樣方便，這樣才能使老百姓普遍認(rèn)可電動汽車的便捷和環(huán)保。電動汽車充電設(shè)備是給電動汽車充電的配套設(shè)備，主要包括：充電站，充電樁，電池調(diào)度，計費監(jiān)控及電池設(shè)備維護等系統(tǒng)[2]。它是推動電動汽車發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，必須要先于電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如果配套設(shè)施不完善，尤其是電動汽車交流充電樁，它作為電動汽車充電設(shè)備的主流代表，如果得不到充分發(fā)展，電動汽車技術(shù)也難以推廣[3]。電動汽車的推廣，主導(dǎo)力量是國家電網(wǎng)，我國發(fā)展電動汽車具有一定的體制優(yōu)勢，可以實行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)。通過國家的管理加強對電動汽車技術(shù)的研究[4]。目前建設(shè)的充電站充電樁普遍實行無人值班或少人值班，其發(fā)展方向是智能化、模塊化和分布式，這就要求高自動化、智能化的監(jiān)控系統(tǒng)。因此，對充電樁狀態(tài)實時監(jiān)控與智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究，將對我國電動汽車的發(fā)展和普及具有十分重要的意義和工程應(yīng)用價值。

1 數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念介紹

1.1 mysql數(shù)據(jù)庫

myaql數(shù)據(jù)庫是一種開放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[5]，它使用最常用的數(shù)據(jù)庫管理語言——結(jié)構(gòu)化查詢語言進行數(shù)據(jù)庫管理。因為mysql是開源的，所以任何人都可以在general public license的許可下下載并根據(jù)需要對其進行個性化管理。

mysql數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點是它使用完全多線程，支持多處理器，有1、2、3、4、8字節(jié)長度的自由符號或無符號整數(shù)、double、char、varchar、float、blob、text、date、datetime、time、timestamp、year、和enum類型，通過高度優(yōu)化的類庫實現(xiàn)sql函數(shù)庫并且十分快速，而且可以工作在不同的平臺上，支持C、C++、PHP、JAVA等[4]。mysql數(shù)據(jù)庫全面支持sql的order by和group by子句，支持聚合函數(shù)，如count（）、count（distinct）、sum（）、max（）、min（）vg（）等，支持ansisql的odbc和left outerjoin。

1.2 .net平臺

.NET是 Microsoft XML Web services 平臺[6]。XML Web services 允許應(yīng)用程序通過 Internet 進行通訊和共享數(shù)據(jù)，而不管所采用的是哪種操作系統(tǒng)、設(shè)備或編程語言。Microsoft .NET 平臺[7]提供創(chuàng)建 XML Web services 并將這些服務(wù)集成在一起之所需。對個人用戶的好處是無縫的、吸引人的體驗。

1.3 apache服務(wù)器

Apache源于NCSAhttpd服務(wù)器，經(jīng)過多次修改，成為世界上最流行的Web服務(wù)器軟件之一。Apache取自“a patchy server”的讀音，意思是充滿補丁的服務(wù)器，因為它是自由軟件，所以不斷有人來為它開發(fā)新的功能、新的特性、修改原來的缺陷[8]。Apache的特點是簡單、速度快、性能穩(wěn)定，并可做代理服務(wù)器來使用。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)模擬

為了模擬實際的充電樁的數(shù)據(jù)，我們需要生成字段數(shù)據(jù)。每一個參數(shù)的故障率都控制在1%，因此，1%的數(shù)據(jù)在非安全區(qū)域內(nèi)，在這個區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)會報警，但是并不是所有的參數(shù)異常都會發(fā)生異常，比如，電壓波動，電流波動、頻率波動等的都不需要報警，因為這些參數(shù)和電壓、電流、頻率有關(guān)[9]。因為電壓、電流、頻率已經(jīng)報警了，這些參數(shù)就不需要重復(fù)報警。為了使得模擬數(shù)據(jù)有正態(tài)分布，我們的數(shù)據(jù)分為10次生成，即每個范圍內(nèi)生成的數(shù)據(jù)大小是不一樣的，比如電壓的范圍為198到235，將這個范圍分成10個小范圍，即每個2-3個刻度為一個范圍，即[198，200]，[201，203]，…，[233，234]這樣10個區(qū)間，每個區(qū)間生成的數(shù)據(jù)量是不一樣的，因為正態(tài)分布的話，在標(biāo)準(zhǔn)值220的最靠近位置是數(shù)據(jù)最多，距離越遠，數(shù)據(jù)越少，因此，我們在程序中，220的最靠近的范圍生成20%的數(shù)據(jù)量，以此兩邊，生成的數(shù)據(jù)量為15%，10%，4%，1%。所以10個區(qū)間的數(shù)據(jù)量大小為總數(shù)據(jù)量的1%，4%，10%，15%，20%，20%，15%，10%，4%，1%。

按照之上的方法，可以生成10000條模擬數(shù)據(jù)，并且模擬數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出正態(tài)分布的特征。即正常值范圍的值很多，但是異常數(shù)據(jù)越少，因為實際應(yīng)用中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動或者異常的情況是很少的，只有在特殊情況下，才出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，是一種小概率時間。電流，頻率和其他參數(shù)也同樣使用該種方法生成數(shù)據(jù)。

如上面的圖1所示，在生成隨機數(shù)的時候，整數(shù)部分和小數(shù)部分是分別生成的，因為，我們在模擬數(shù)據(jù)的時候，都是默認(rèn)保留小數(shù)點后面三位小數(shù)，因此，當(dāng)我們生成一個隨機數(shù)的時候，先生成整數(shù)部分，然后再生成小數(shù)部分，然后整數(shù)部分和小數(shù)部分相加。比如，我們生成一個電壓的隨機數(shù)220.311V，首先，我們從數(shù)據(jù)范圍[198，235]之間隨機生成一個整數(shù)220，然后我們在[0，1000]之間隨機生成一個數(shù)據(jù)，得到311，之后我們把311除以1000，得到0.311，最終，我們生成得到隨機的電壓220.311。電壓偏差率[10]、電流偏差率、頻率偏差率也是通過電壓、電流、頻率通過計算所得。

2.2 界面設(shè)計與實現(xiàn)

net在桌面應(yīng)用程序開發(fā)中非常方便，其中winform[11]界面工具箱中提供了多款界面小工具[12]，比如按鈕，輸入框，分組框，數(shù)據(jù)庫連接工具等。利用這些小工具，可以開發(fā)出非常漂亮的界面。

下面是充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的一個原型界面圖：

從以上界面可以看出，該監(jiān)控系統(tǒng)有如下功能：

a：顯示充電樁各項參數(shù)；b：顯示充電過程中電池的電量；c：控制充電過程；

d： 通過切換，顯示兩個充電樁的數(shù)據(jù)。

2.3 C/S框架設(shè)計

本系統(tǒng)使用C/S架構(gòu)完成搭建：

C：客戶端client（桌面程序，以.net作為平臺，用winform做界面）

S：服務(wù)器端server（mysql數(shù)據(jù)庫，以apache做服務(wù)器）

具體的框架圖如圖3所示：

如上圖所示，本系統(tǒng)使用mysql數(shù)據(jù)庫為服務(wù)器端程序，winform作為客戶端程序，客戶端通過向mysql請求數(shù)據(jù)，mysql返回數(shù)據(jù)到界面上顯示[13]。

客戶端訪問mysql數(shù)據(jù)庫[14]有兩個方式：

a：localhost方式本地訪問

當(dāng)mysql在本地時，可以通過localhost訪問mysql數(shù)據(jù)庫，或者127.0.0.1這個ip訪問本地的mysql數(shù)據(jù)庫[15]。這種方法只有當(dāng)mysql服務(wù)器放在本電腦或者本地局域網(wǎng)中才有效。

b：通過IP遠程訪問

有時候，mysql數(shù)據(jù)庫不在本地，而在遠程服務(wù)器上，此時，我們需要知道遠程服務(wù)器的ip地址，才能進行訪問遠程的mysql數(shù)據(jù)庫[16]。

3 程序設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 程序設(shè)計的部分步驟

3.2 部分界面調(diào)用mysql

a、private void timer1_Tick_1（object sender， EventArgs e）

功能：一號樁電池進度條控制

返回：空

參數(shù)說明：

sender： 獲取控件的引用

e： 傳遞控件的參數(shù)

b、 private void timerpro2_Tick（object sender， EventArgs e）

功能：二號樁電池進度條控制

返回：空

參數(shù)說明：

sender： 獲取控件的引用

e： 傳遞控件的參數(shù)

c、private void button1_Click（object sender， EventArgs e）

功能：一號樁開始充電消息函數(shù)

返回：空

參數(shù)說明：sender： 獲取控件的引用，

e： 傳遞控件的參數(shù)

4 結(jié)語

運用Java語言編程，產(chǎn)生隨機數(shù)，模擬充電樁實時數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。然后需要建立mysql數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫使用localhost數(shù)據(jù)訪問接口。在之后的實驗上，基于這些數(shù)據(jù)做出了數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)測。開發(fā)出了一套美觀簡單的監(jiān)控界面。

參考文獻：

[1] 何占勇.電動汽車充電站規(guī)劃方法及運營模式研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2014.

[2] 李濤，楊桂丹.電動汽車充電站和電池更換站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案研究[D].廣東：廣東省電力設(shè)計研究院，2014.

[3] 鐘清.智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)[M]，中國電力出版社，2014.

[4] 田文靜.關(guān)于電動汽車充換電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[5] 邱吉多.北京電動汽車充換電營銷服務(wù)體系研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

[6] 莫飄.電動汽車充電站信息安全問題的研究[D].北京.華北電力大學(xué)，2012.

[7] Chih-Chiang Hua，Meng-Yu Lin. A Study of Charging Control of Lead-AcidBattery for Electric Vehicles [J]. Industrial Electronics，2010. ISIE 2010，vol.1 135-140，Dee. 2015

[8] Mukesh Singh， Kannan Thirugnanam， SurendraSwami，PraveenKumar，IndraniKarCoordination of Electric Vehicles in Charging Stations Connected at DifferentNodes ofDistributionSubstation[J]. IEEE， 2012，V12： 1260-1265

[9] Celli G， Ghiani E， Mocci S，et al.A multi-objective formulation for the optimal sizing and siting of embedded generation in distribution networks [A]，Power Tech Conference Proceedings IEEE Bologna [C]. 2013： 67-74

[10] HATTON C E，BEELLA S K，BREZET J C， et al. Charging station for urbansettings： the design of a product platform for electric vehicle infrastructure in dutchcifes[J]. World Electric Vehicle Journal， 2015

[11] 羅志坤，羅安，徐先勇，等.電動汽車充電機電能集成監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].髙電壓技術(shù)，2011，7（2）.

[12] 朱孟忠，許凈文.基于DeviceNet的電動汽車充電站控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機，2009，22（7）：56-56.

[13] 國家電網(wǎng)公司營銷部.電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營[M].北京：中國電力出版社，2013.

[14] 王振坡，孫逢春，劉鵬，電動汽車原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[15] 郭子健，唐明，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電動汽車充電樁監(jiān)控信息模塊研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2016，14（3）.

[16] 劉東，張沛超，李曉露.面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)自動化[M].北京：中國電力出版社，2015.