風(fēng)電和市電互補(bǔ)數(shù)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許斌

摘 ? 要：文章研究了一種風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)，功率監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有信息收集功能，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并上傳的信息建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù);具有實(shí)時(shí)功能，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)該第一時(shí)間反映到移動(dòng)終端的APP中;具有遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，由收集的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)APP反映到移動(dòng)終端上，便于監(jiān)控人員遠(yuǎn)程監(jiān)控;具有便捷的用戶(hù)界面，可以直觀反映系統(tǒng)信息，便于一般用戶(hù)操作系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫(kù);數(shù)據(jù)采集

能源、環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今人類(lèi)生存和發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用，已受到世界各國(guó)的高度重視?！伴_(kāi)發(fā)與利用可再生能源，改善能源結(jié)構(gòu)，減排溫室氣體，保護(hù)環(huán)境”已成為世界共識(shí)。一場(chǎng)世界性的開(kāi)發(fā)與利用新能源的浪潮已經(jīng)到來(lái)。新能源與可再生能源包括水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?，它們?cè)谙闹筮€可以得到恢復(fù)和補(bǔ)充，不會(huì)污染環(huán)境，其中，人類(lèi)對(duì)風(fēng)能的利用已有上千年的歷史。地球上可利用的風(fēng)能為106 MW，是可利用水能的10倍以上。在可再生能源中，風(fēng)能是一種非?？捎^的、有前途的能源。風(fēng)力發(fā)電（簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)電）作為一種綠色電力，受到人們廣泛的關(guān)注，具有資源蘊(yùn)藏量巨大、可再生、無(wú)污染、占地少、周期短等優(yōu)點(diǎn);但是風(fēng)電也存在著風(fēng)能利用率低以及具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定和分布不均勻性等缺陷。

1 ? ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)功率監(jiān)控系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)功率監(jiān)控系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)功率監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)采系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)并建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，APP訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶(hù)系統(tǒng)[1]。

圖1 ?系統(tǒng)功率監(jiān)控系統(tǒng)

2 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于對(duì)風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)風(fēng)電側(cè)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流電能，通過(guò)控制器、卸荷器、交流/直流（Alternating Curren/Direct Current，AC/DC）轉(zhuǎn)換器變成穩(wěn)定的直流電，再由逆變器（DC/AC轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成220 V交流電供用電器使用。市電側(cè)為市電，先將AC/DC轉(zhuǎn)換器接入本系統(tǒng)，再經(jīng)由逆變器（DC/AC轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成220 V交流電供用電器使用[2]。

本文以電流及電壓采集為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，其他采集裝置同理。將風(fēng)電和市電的電流、電壓互感器分別裝在逆變器的2個(gè)輸入端，這樣既能真實(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際功率，又能最大限度地節(jié)約成本，便于操作。系統(tǒng)接線(xiàn)如圖2所示。

圖2 ?系統(tǒng)接線(xiàn)

本設(shè)計(jì)采用的電壓/電流互感器為彥爾DP-58系列開(kāi)合開(kāi)口開(kāi)啟分離式電流互感器，開(kāi)合式開(kāi)口式電流互感器主要用于配電系統(tǒng)改造項(xiàng)目，安裝方便，額定電壓為720 V AC，額定頻率為50 Hz，二次電流為5 A/1 A。

本設(shè)計(jì)采用的遠(yuǎn)程測(cè)控終端采用ADAM-3600-C2G智能化遠(yuǎn)程測(cè)控終端單元，其核心芯片采用Cortex A8 600 MHz處理器，主頻為600 MHz到1 GHz，A8可以滿(mǎn)足各種移動(dòng)設(shè)備的需求，其功耗低于300 MW，而性能卻高達(dá)2 000 MIPS。內(nèi)存采用DDR3L 256 RAM內(nèi)存，內(nèi)建8*AI，8*DI，4*DO I/O點(diǎn)，預(yù)留4槽I/O擴(kuò)展槽。工作溫度為﹣40～70 ℃。

（1）ADAM-3600-C2G智能化遠(yuǎn)程測(cè)控終端單元擁有開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)，可以選擇安裝兩類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信，例如WiFi及 ZigBee，本系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，構(gòu)成局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通信，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的遠(yuǎn)距通信。ZigBee是一個(gè)基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)（2.4 GHz頻段）的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。

（2）ADAM-3600專(zhuān)為控制柜安裝所設(shè)計(jì)，I/O上下出線(xiàn)，標(biāo)示與指示燈正面顯示，易于識(shí)別狀態(tài)與偵錯(cuò)。4個(gè)小點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展槽，可以在不同的站點(diǎn)間，滿(mǎn)足不同的需求。同時(shí)，ADAM-3600還配備了小型LED屏幕，可直接顯示現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并且具有較長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

（3）ADAM-3600內(nèi)部開(kāi)放式架構(gòu)，內(nèi)建可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 控制器可支持IEC-61131-3于C編輯語(yǔ)言進(jìn)行編輯與維護(hù)，可以在遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）內(nèi)部進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，也可以將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

（4）ADAM-3600支持Modbus，DNP3，IEC-60870等通信協(xié)議，使用Modbus進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以與服務(wù)器端完美兼容。

（5）ADAM-3600提供iRTU Studio，讓客戶(hù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、升級(jí)與更新，符合本設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)理念。

3 ? ?系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)服務(wù)器選用戴爾R730XD服務(wù)器，R730XD服務(wù)器配Intel至強(qiáng)E5-2600 v3工業(yè)CPU主頻為1.6 GHz三級(jí)緩存15 MB總線(xiàn)規(guī)格QPI 6.4 GT/s，主板為IntelC612主板，內(nèi)存為DDR4 8G內(nèi)存，硬盤(pán)容量為1.2 TB，網(wǎng)卡為千兆四端口網(wǎng)卡，支持Windows操作系統(tǒng)。防火墻采用華為USG6320-AC防火墻，路由器采用TP-Link常規(guī)路由器，覆蓋范圍為300 m。

4 ? ?數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

通過(guò)以上操作，將遠(yuǎn)程測(cè)控終端ADAM-3600與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器R730XD通過(guò)ZigBee通信進(jìn)行了連接，采用的通信協(xié)議是Modbus協(xié)議，模式為WSCADA模式。然后將ADAM-3600的IP地址設(shè)置為192.168.1.66，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的IP設(shè)置為192.168.1.1，使遠(yuǎn)程測(cè)控終端ADAM-3600與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器R730XD的IP地址在同一網(wǎng)段。R730XD服務(wù)器中預(yù)裝遠(yuǎn)程測(cè)控終端ADAM-3600上位機(jī)軟件WebAccess AdvantechiRTU Studio。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

本章主要介紹了風(fēng)/市電互補(bǔ)系統(tǒng)功率監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置，系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程終端ADAM-3600作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端，采用戴爾T730XD服務(wù)器作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)及后臺(tái)安裝服務(wù)器，并以電壓、電流數(shù)據(jù)采集為例簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)備情況。

[參考文獻(xiàn)]

[1]賈同凱.能源計(jì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[2]單倩敏.節(jié)能控制與能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.