基于C#的微電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

樊東亮 白俊平 朱春穎 聞娜 黃亮 王健

摘 要：隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)已成為電力系統(tǒng)重要組成部分，但由于其能源的間歇性，易造成電能質(zhì)量下降。針對(duì)這一問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)了一種基于C#的微電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)?；赟TM32F429芯片的MCU將采集到的電能數(shù)據(jù)處理后，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)，基于C#開(kāi)發(fā)的上位機(jī)利用C/S模式與MCU通信，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于服務(wù)器中，為后續(xù)提高電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。運(yùn)行表明該系統(tǒng)準(zhǔn)確、快捷，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) STM32 C# C/S

中圖分類(lèi)號(hào)：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（a）-00-02

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此設(shè)計(jì)方案主要由3個(gè)層次結(jié)構(gòu)分別是主站層（主要包括上位機(jī)、服務(wù)器和工作站）、通信層（主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸）和遠(yuǎn)動(dòng)層（MCU數(shù)據(jù)采集終端）。

2 MCU（數(shù)據(jù)采集終端）硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)主要是由STM32F429芯片組成的MCU，該芯片外圍包括顯示屏、輸入按鍵、UART接口（RS232串口、RS485串口）、以太網(wǎng)通信、電能數(shù)據(jù)采集、傳感器等模塊。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏、風(fēng)力和儲(chǔ)能設(shè)備的電氣量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行處理。

3 上位機(jī)通信程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)通信程序依托C#編程語(yǔ)言，采用TCP/IP協(xié)議，調(diào)用套接字Socket來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.1 Socket通信

Socket是一種網(wǎng)絡(luò)上跨平臺(tái)的進(jìn)程間的通信機(jī)制，它是應(yīng)用程序的基石[1]。Socket分為兩種：

（1）流套接字，用TCP提供一條雙向的、可靠的、順序的、無(wú)重復(fù)的數(shù)據(jù)流。

（2）數(shù)據(jù)報(bào)套接字，用UDP提供雙向數(shù)據(jù)流，但不保證是可靠、有序、無(wú)重復(fù)的。

為了保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，程序采用TCP協(xié)議的流式Socket。首先服務(wù)器初始化，通過(guò)調(diào)用socket（）建立一個(gè)套接字，然后調(diào)用bind（）將該套接字和本地網(wǎng)絡(luò)地址聯(lián)系在一起，再調(diào)用listen（）使套接字做好偵聽(tīng)的準(zhǔn)備，并規(guī)定它請(qǐng)求隊(duì)列的長(zhǎng)度，之后就調(diào)用accept（）來(lái)接收連接?？蛻?hù)在建立套接字后就可以調(diào)用connect（）和服務(wù)器建立連接。連接一旦建立，客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器之間就可以通過(guò)調(diào)用write（）和read（）來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，雙方調(diào)用Close（）關(guān)閉套接字。其流程圖如圖1所示。

3.2 多線(xiàn)程技術(shù)

傳統(tǒng)的應(yīng)用程序主要以單線(xiàn)程形式運(yùn)行，即程序的運(yùn)行控制權(quán)由單個(gè)線(xiàn)程獨(dú)占來(lái)完成所有任務(wù)。如遇到復(fù)雜任務(wù)時(shí)，就會(huì)造成響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。多線(xiàn)程技術(shù)可以利用CPU的空閑時(shí)間片，用較少的時(shí)間對(duì)用戶(hù)做出響應(yīng)，這樣可以更好地利用系統(tǒng)資源，提高整體運(yùn)行效率[2]。因此，該系統(tǒng)上位機(jī)采用多線(xiàn)程技術(shù)，通過(guò)區(qū)分不同的Socket，從而實(shí)現(xiàn)各通信間同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，提高CPU的利用率。部分C#服務(wù)器程序如下。

（1）服務(wù)器初始化。

int port = 2000； //定義偵聽(tīng)端口

TcpListener tcplistener = new TcpListener （ port ） ； //實(shí)例監(jiān)聽(tīng)

private bool listener= true； //設(shè)定監(jiān)聽(tīng)標(biāo)示位，判斷偵聽(tīng)狀態(tài)

Treading Tread tcpServerTread； //創(chuàng)建線(xiàn)程，接收信息

（2）服務(wù)器開(kāi)啟循環(huán)監(jiān)聽(tīng)。

tcpServerThread=new Thread（new ThreadStart （ Listen ） ）；//實(shí)例化監(jiān)聽(tīng)程序

tcpServerThread.Start（）；//啟動(dòng)線(xiàn)程

private void listen（）

{

while（listener）

{

tcplistener.Start （ ） ； //開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)

TcpClient tcpclient = tcplistener.AcceptTcpClient （ ） ； //通過(guò)TCP連接請(qǐng)求

}

}

4 工作站軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)依托C#編程平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)功能包括以下幾方面。

（1）SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)）。管理人員通過(guò)軟件操作界面查看、監(jiān)測(cè)微電網(wǎng)中各分布式電源（風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備）、母線(xiàn)、負(fù)荷等電氣量（電壓、電流、功率等）。同時(shí)展示微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使管理人員深入了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

（2）事件信息管理。主要提供故障系統(tǒng)告警、查詢(xún)等功能，為用戶(hù)維護(hù)設(shè)備提供服務(wù)。

（3）氣象及發(fā)電量預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口訪(fǎng)問(wèn)中國(guó)氣象網(wǎng)，查詢(xún)當(dāng)前和未來(lái)氣象信息，利用該信息預(yù)測(cè)短期設(shè)備發(fā)電量，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供最優(yōu)方案。

（4）用戶(hù)信息管理。主要包括操作員姓名、電話(huà)、操作權(quán)限等功能。

（5）報(bào)表管理。主要包括電能質(zhì)量信息綜合分析報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。

5 結(jié)語(yǔ)

該文設(shè)計(jì)了基于C#的微電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控微電網(wǎng)中光伏發(fā)電、風(fēng)機(jī)發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷的電壓、電流、功率等電能參數(shù)，保障電網(wǎng)良好的電能質(zhì)量，為系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。運(yùn)行表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、方便、快捷等特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 時(shí)珊珊，魯宗相，周雙喜，等.中國(guó)微電網(wǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展方向[J].中國(guó)電力，2009，42（7）：21-25.

[2] 蘇玲，張建華，王利，等.微電網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題及技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（19）：235-239.