設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園智慧用能邊緣控制裝置研制及應(yīng)用

摘 要： 針對(duì)目前鄉(xiāng)村存在供電設(shè)施季節(jié)性過(guò)載問(wèn)題突出、能源綜合利用經(jīng)濟(jì)性差、光伏消納能力弱和落地難等問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了一種智慧用能邊緣控制裝置，構(gòu)建云邊協(xié)同系統(tǒng)控制架構(gòu)，基于組態(tài)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園中設(shè)施農(nóng)業(yè)負(fù)荷的智能化控制，提高可再生能源利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。以某日光溫室為研究對(duì)象，以CY-LFC121C 設(shè)備為邊緣控制核心進(jìn)行了邊緣控制裝置的搭建，以日光溫室日運(yùn)行費(fèi)用、光伏消納率及CO2 減排率為指標(biāo)，利用改進(jìn)的蝗蟲(chóng)優(yōu)化算法進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)及實(shí)驗(yàn)室仿真試驗(yàn)，并于甘肅省某日光溫室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該裝置可有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)負(fù)荷綜合能源利用率低、經(jīng)濟(jì)性差、落地難等問(wèn)題，為邊緣控制裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧用能；邊緣控制裝置；云邊協(xié)同；設(shè)施農(nóng)業(yè)；蝗蟲(chóng)優(yōu)化算法

中圖分類號(hào)：S24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1795（2024）11-0035-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.202411306

0 引言

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，鄉(xiāng)村能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及服務(wù)快速發(fā)展，冷、熱、電等多種能源和負(fù)荷快速增長(zhǎng)，能源供應(yīng)方式多樣化。當(dāng)前鄉(xiāng)村存在供電設(shè)施季節(jié)性過(guò)載問(wèn)題突出、能源綜合利用經(jīng)濟(jì)性差和落地難等問(wèn)題，影響農(nóng)村配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素逐漸增加，農(nóng)村配電網(wǎng)能量管理和優(yōu)化控制面臨的挑戰(zhàn)也日益嚴(yán)峻[1]。以可再生能源+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園已經(jīng)成為農(nóng)村地區(qū)助力鄉(xiāng)村振興的重要推手。但其數(shù)據(jù)具有多樣性、分布性、異構(gòu)性和海量性等特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)處理方式在技術(shù)上和數(shù)據(jù)使用策略上都已經(jīng)不能滿足海量數(shù)據(jù)的要求，迫切需要功能更強(qiáng)、速度更快的處理方式[2]。因此，探討合理的分布式處理方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園負(fù)荷的智能控制以響應(yīng)優(yōu)化控制策略，能夠有效地降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園成本，提高可再生能源消納率，延緩農(nóng)村配電網(wǎng)改造壓力，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低碳化運(yùn)行。

本研究以甘肅省某日光溫室為典型用能場(chǎng)景，考慮實(shí)際生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)并研發(fā)基于云邊協(xié)同的設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園智慧用能邊緣控制裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園綜合用能的可觀、可測(cè)、可調(diào)。

1 總體架構(gòu)與工作原理

1.1 典型設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)

典型設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。其中光伏和風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)電能；CHP 機(jī)組和電鍋爐設(shè)備可實(shí)現(xiàn)電熱冷網(wǎng)絡(luò)間能量的傳遞，CHP 機(jī)組包含微型燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐；部分地區(qū)具有沼氣三聯(lián)供應(yīng)條件，國(guó)外應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)相對(duì)較少。儲(chǔ)能設(shè)備可起到消納更多的可再生能源，起“削峰填谷”作用，降低電網(wǎng)承載壓力，提高綜合能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。同時(shí)與外部配電網(wǎng)連接，起到電能交互的作用，保障設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1.2 云邊協(xié)同控制系統(tǒng)架構(gòu)

云邊協(xié)同控制系統(tǒng)是將分散的資源在系統(tǒng)內(nèi)集中管理、共享，是一種協(xié)同計(jì)算技術(shù)模式，在邊端進(jìn)行分布式處理和存儲(chǔ)，減輕云端計(jì)算中心的信息處理壓力，是實(shí)現(xiàn)智慧電網(wǎng)的一種行之有效的方式。云端負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練、算法更新等任務(wù)，邊端負(fù)責(zé)邊緣資源分布式優(yōu)化計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸，并將優(yōu)化計(jì)算所得控制策略下發(fā)控制，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園日光溫室云邊協(xié)同控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

1.3 工作原理

（1）云端?；谠七厖f(xié)同控制系統(tǒng)歷史用能數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的訓(xùn)練及優(yōu)化，針對(duì)不同用能場(chǎng)景訓(xùn)練控制策略集，具有云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云網(wǎng)絡(luò)等功能?？梢酝ㄟ^(guò)智慧能源感知裝置采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在邊端通過(guò)集中器匯總并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)皆破脚_(tái)，在云端記錄并分析不同設(shè)備的用能特性，并依據(jù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)邊端優(yōu)化策略進(jìn)行修正[4]。

云端對(duì)外開(kāi)放API 接口，把各種數(shù)據(jù)資源封裝為服務(wù)接口，并提供SOAP、XML、KVP 及JSON 等接口協(xié)議類型，滿足不同應(yīng)用的需求。由云服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)云端的訪問(wèn)控制、授權(quán)管理等。同時(shí)提供可視化操作界面，實(shí)時(shí)顯示不同負(fù)荷的電能數(shù)據(jù)、智能感知裝置的工作狀態(tài)和配置信息等；可實(shí)現(xiàn)不同地理位置下不同類型數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)行，解決資源的分布性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)中心的一體化運(yùn)維管理。

（2）邊端?？蛇M(jìn)行控制策略的求解，以緩解云端的計(jì)算壓力。日光溫室以邊緣控制裝置為控制中心，同云端一樣，邊端也配置Globus Toolkit 運(yùn)行環(huán)境，安裝OGSA-DAI 網(wǎng)格中間件，為邊緣計(jì)算提供高速、便捷的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程文件訪問(wèn)。具有安全服務(wù)認(rèn)證功能，支持分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)和操作，可實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資源共享，實(shí)現(xiàn)與云端間的數(shù)據(jù)交互與共享，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的協(xié)同控制，提高實(shí)時(shí)監(jiān)控與優(yōu)化控制的能力?？赏ㄟ^(guò)工控機(jī)客戶端輸入標(biāo)準(zhǔn)的SQL 語(yǔ)句進(jìn)行查詢，通過(guò)OGSA-DAI 中間件處理后可將各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中所查詢的數(shù)據(jù)全部顯示[5]。

當(dāng)云端出現(xiàn)故障時(shí)，邊端仍能夠?yàn)橛脩魝?cè)提供高性能計(jì)算，實(shí)現(xiàn)邊緣就地控制，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。并且能夠滿足電力系統(tǒng)并行計(jì)算與分布式協(xié)作型業(yè)務(wù)的需要，提高了電力系統(tǒng)資源的利用率。

（3）端側(cè)?；谥悄芨兄b置對(duì)光照、溫度環(huán)境等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)邊緣控制裝置控制智能物聯(lián)網(wǎng)斷路器，控制可時(shí)移負(fù)荷消納分布式光伏，智能感知設(shè)備采用LORA 擴(kuò)頻通信技術(shù)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)集中器接收實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的采集，為云平臺(tái)提供各類能耗數(shù)據(jù)及環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)負(fù)荷的可觀、可控、可調(diào)，智慧用能邊緣控制裝置電氣原理結(jié)構(gòu)如圖3 所示[6]。

2 邊緣控制裝置設(shè)計(jì)

2.1 智慧用能邊緣控制裝置硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述目標(biāo)，通過(guò)查閱相關(guān)資料，考慮實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行測(cè)試條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，選用邊緣側(cè)智慧用能控制裝置具體的設(shè)備型號(hào)如表1 所示。

2.2 智慧用能邊緣控制裝置通信實(shí)現(xiàn)

基于實(shí)際情況，考慮性能要求及每種協(xié)議的特點(diǎn)，邊緣控制設(shè)備采用485 總線方式，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)匯總給RE78 集中器，并通過(guò)基于MB_RTU 的RS485 協(xié)議傳送到終端并上傳云平臺(tái)，日光溫室內(nèi)三相智能斷路器采用的DL/T 645-2007 規(guī)約。單相斷路器通過(guò)RS485 和智慧用能邊緣控制裝置直接連接，可實(shí)現(xiàn)斷路器數(shù)據(jù)采集和開(kāi)斷。光伏并網(wǎng)裝置、卷簾電機(jī)、地源熱泵和噴霧控制等設(shè)備的電能信息通過(guò)總計(jì)量模塊傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行儲(chǔ)存和分析，各設(shè)備配置如表2 和表3 所示。

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

使用VBS 語(yǔ)言，基于Fameview 組態(tài)監(jiān)控軟件，結(jié)合TDengine 數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)云端控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、優(yōu)化計(jì)算模塊、負(fù)荷建模模塊和狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。使用Python 開(kāi)發(fā)主體程序，利用TDengine 數(shù)據(jù)庫(kù)在時(shí)序空間大數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢(shì)，將不同數(shù)據(jù)特征的超級(jí)表創(chuàng)建在不同的庫(kù)里，采用TDengine 提供的數(shù)據(jù)訂閱功能，減少數(shù)據(jù)的傳輸量和智慧用能邊緣控制裝置的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)庫(kù)在云邊協(xié)同中的支撐作用，提高了云邊協(xié)同處理方式的可靠性。其中，在邊端集成智能感知裝置，下載并執(zhí)行云端所訓(xùn)練的負(fù)荷模型，建立考慮二氧化碳減排率和經(jīng)濟(jì)效益的多目標(biāo)優(yōu)化模型，對(duì)日光溫室內(nèi)的負(fù)荷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，將系統(tǒng)日綜合優(yōu)化運(yùn)行費(fèi)用最低，碳排放治理成本最小為適應(yīng)度函數(shù)，基于改進(jìn)的蝗蟲(chóng)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)日光溫室設(shè)備的優(yōu)化控制，保障不可中斷負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行[7-9]。并根據(jù)光伏出力情況及設(shè)備用能情況依次投入可時(shí)移負(fù)荷，基于傳感器實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行控制策略的修正，并為云平臺(tái)提供各類能耗數(shù)據(jù)及環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)負(fù)荷的智能控制[10]。日光溫室常見(jiàn)設(shè)備模型參數(shù)可參見(jiàn)文獻(xiàn)[11-13]。

3.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)配置

設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園中負(fù)荷特性不同，采用的存儲(chǔ)策略也不同，但其存儲(chǔ)方式是按照時(shí)間序列來(lái)進(jìn)行。本研究借助Tdengine 數(shù)據(jù)庫(kù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同控制，邊緣控制過(guò)程如圖4 所示。

采集的數(shù)據(jù)在組態(tài)軟件中以模擬變量的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控系統(tǒng)配置模擬只讀變量，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)連接的形式把變量數(shù)值上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中，在數(shù)據(jù)庫(kù)中構(gòu)建采集間隔15 min 的冷熱電光伏等不同類型設(shè)備的能源數(shù)據(jù)表，并通過(guò)調(diào)用外部?jī)?yōu)化程序進(jìn)行數(shù)據(jù)表讀取并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，將優(yōu)化后的結(jié)果通過(guò)腳本寫入組態(tài)軟件，然后基于優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行斷路器的開(kāi)斷控制。

4 仿真試驗(yàn)

4.1 裝置樣機(jī)搭建

通過(guò)上述選用的各設(shè)備型號(hào)進(jìn)行采購(gòu)，按照如圖3所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的裝置電氣線路連接。傳感器模塊及各設(shè)備裝置如圖5 和圖6 所示。

裝置內(nèi)各設(shè)備通過(guò)導(dǎo)軌集中安裝，將控制核心鑲嵌到裝置正面以便于操作和觀察，還配置有基于工業(yè)路由器USR-G809 和串口服務(wù)器USR-DR404 裝置輻照傳感器采集裝置，安科瑞三相多功能電表采集各電機(jī)控制負(fù)荷的電能數(shù)據(jù)及光伏、地源熱泵等數(shù)據(jù)，各電壓等級(jí)直流電源滿足用電需求，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下智慧用能邊緣控制裝置樣機(jī)如圖7 所示。

4.2 控制實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及控制需要注意的是保證遠(yuǎn)程設(shè)備的正常運(yùn)行和通信，在串口調(diào)試助手中通過(guò)RS485配置參數(shù)： 串口類型設(shè)置OPENCOM、通信接口COM1、波特率9 600、校驗(yàn)類型為偶校驗(yàn)、停止位1及數(shù)據(jù)位8。

三相斷路器采用DL/T 645-2007 多功能電能表通信協(xié)議，接口為RS-485 串行電氣接口，通信規(guī)約為主?從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式，每個(gè)從站有各自的地址編碼，由主站發(fā)出的信息幀來(lái)控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域、幀信息縱向校驗(yàn)碼及幀結(jié)束符組成。每部分包含若干個(gè)字節(jié)，每字節(jié)為8 位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位（0）、一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位（1），共11 位，D0、D7分別是字節(jié)的最低、最高有效位，傳輸順序?yàn)橄鹊臀缓蟾呶唬鋫鬏斝蛄腥鐖D8 所示[14]。

4.3 實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試

為驗(yàn)證搭建的智慧能源邊緣控制裝置的控制效果，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬低壓臺(tái)區(qū)的運(yùn)行，使用智慧用能邊緣控制裝置采集相關(guān)電能數(shù)據(jù)，用以優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境如圖9 所示。用電腦模擬云端上位機(jī)下發(fā)控制指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及實(shí)時(shí)觀察、控制。在實(shí)際日光溫室環(huán)境中，光伏出力的大小與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)存在一定的差別，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境下模擬低壓臺(tái)區(qū)運(yùn)行中負(fù)荷設(shè)備的種類及大小不同，日光溫室中裝設(shè)有噴霧栽培系統(tǒng)、地源熱泵等，所以實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試與實(shí)際生產(chǎn)有一定的差異。實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試環(huán)境中以儲(chǔ)能裝置為控制量，以優(yōu)化后的綜合日運(yùn)行費(fèi)用和環(huán)保成本為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化求解，系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)配置參照文獻(xiàn)[15]，智慧用能邊緣控制裝置模擬低壓臺(tái)區(qū)典型綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果如圖10 所示。

結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)邊緣控制裝置優(yōu)化后，低壓臺(tái)區(qū)總負(fù)荷的用電效益得到了提升，在用電高峰期，系統(tǒng)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)、天然氣內(nèi)燃機(jī)機(jī)組同時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，儲(chǔ)能設(shè)備的投入減少了天然氣機(jī)組發(fā)電產(chǎn)生的電負(fù)荷帶來(lái)的不確定性與波動(dòng)。如果系統(tǒng)的用電需求已經(jīng)得到滿足，則儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存的電能可反送電網(wǎng)。同時(shí)，光伏出力較多時(shí)優(yōu)先消納光伏，在保證低壓臺(tái)區(qū)用能安全的前提下實(shí)現(xiàn)效益最大化。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試

5.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試

2023 年3 月初，在甘肅省某設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園日光溫室裝設(shè)智慧用能邊緣控制裝置，驗(yàn)證控制策略的優(yōu)化效果及裝置控制效果，現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備、負(fù)荷、光伏等參數(shù)同上述算例場(chǎng)景，但當(dāng)?shù)貙?shí)際溫度比參考溫度高，因此實(shí)際用能曲線略小于仿真結(jié)果。日光溫室內(nèi)裝設(shè)有電磁閥、水肥一體化等設(shè)施農(nóng)業(yè)負(fù)荷，在建立模型時(shí)并未全部討論，因此現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證過(guò)程中的優(yōu)化策略有一定出入。日光溫室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果如圖11 和表4 所示。

由圖11 和表4 可知，相較于冬季典型日，熱負(fù)荷需求相對(duì)減少，總用電負(fù)荷降低，晚上21： 45 至第2日早上8： 30 為L(zhǎng)ED 補(bǔ)光設(shè)備補(bǔ)光時(shí)段，在此階段電價(jià)較低，無(wú)須儲(chǔ)能放電，并且有足夠裕量供給儲(chǔ)能和蓄熱裝置充電，在電價(jià)較高時(shí)，系統(tǒng)購(gòu)能成本較高，日光溫室網(wǎng)格內(nèi)設(shè)備運(yùn)行主要由光伏發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能裝置供電，同時(shí)減少設(shè)備的出力，將部分可時(shí)移負(fù)荷從電價(jià)較高時(shí)段時(shí)移到平谷期或低谷期，如將8： 00?9： 00 和下午17： 00?18： 00 工作的噴霧控制系統(tǒng)按照優(yōu)化策略進(jìn)行控制時(shí)移。

通過(guò)上述控制策略，該日光溫室日運(yùn)行費(fèi)用由714.81 元降低到680.13 元，降低4.85%，光伏就地消納率由原來(lái)的77.63% 提升到96.76%，冬季CO2 日排放量從1 348.38 kg 降低到1 070.13 kg，降低了20.63%，驗(yàn)證了裝置的正常運(yùn)行和本文優(yōu)化策略的控制效果。

5.2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

為將智慧用能邊緣控制裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)加以展示以便工作人員實(shí)時(shí)觀測(cè)和控制裝置，制作了控制裝置人機(jī)交互界面，如圖12 所示。

每個(gè)斷路器不僅能通過(guò)執(zhí)行變量時(shí)間來(lái)自動(dòng)分合閘，還可通過(guò)界面上的分合閘按鈕來(lái)人工控制分合，當(dāng)斷路器合閘時(shí)為紅色，分閘時(shí)為綠色。并設(shè)有界面轉(zhuǎn)換按鈕，可以和傳感器數(shù)據(jù)及斷路器數(shù)據(jù)畫面之間跳轉(zhuǎn)。設(shè)置了傳感器數(shù)據(jù)按鈕和斷路器數(shù)據(jù)按鈕，點(diǎn)擊按鈕可以分別看到傳感器實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和斷路器實(shí)時(shí)的電壓電流有功無(wú)功數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本研究構(gòu)建的基于云邊協(xié)同控制系統(tǒng)的智慧用能邊緣控制裝置，經(jīng)過(guò)日光溫室實(shí)地驗(yàn)證，能夠極大提升日光溫室光伏消納率，提高綜合能源利用率，減少CO2 的排放，降低了日光溫室的綜合用能費(fèi)用，對(duì)其綜合效益的提升效果顯著，與此同時(shí)，云邊協(xié)同控制系統(tǒng)的引入，滿足了設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園多元化管控需求，提高了鄉(xiāng)村供用能系統(tǒng)綜合能源利用效率，提升智能化管理水平，同時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，依托云端管理和邊端就地決策機(jī)制，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，縮短了優(yōu)化控制策略完成時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)園區(qū)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園成本的控制、綜合收益、環(huán)保效益的提高具有重要意義，具有一定的可推廣性。

（1）構(gòu)建日光溫室云邊協(xié)同控制系統(tǒng)架構(gòu)，闡述了云邊協(xié)同控制系統(tǒng)功能及應(yīng)用，云端負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練、算法更新等任務(wù)，邊端負(fù)責(zé)邊緣資源分布式優(yōu)化計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸，并將優(yōu)化計(jì)算所得控制策略下發(fā)控制，云邊協(xié)同控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠極大地提高設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園綜合能源利用率，實(shí)現(xiàn)其智慧用能控制，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)研發(fā)邊緣智能控制裝置，利用組態(tài)監(jiān)控軟件和TDengine數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)云端控制軟件。在邊端集成智能感知裝置，下載并執(zhí)行云端所構(gòu)建的負(fù)荷模型，采用基于改進(jìn)的蝗蟲(chóng)優(yōu)化算法進(jìn)行日光溫室設(shè)備優(yōu)化控制策略的求解，填補(bǔ)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和其相關(guān)智慧用能服務(wù)在農(nóng)村配電系統(tǒng)中應(yīng)用的空白，提高了農(nóng)村電網(wǎng)安全運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬低壓臺(tái)區(qū)的運(yùn)行，驗(yàn)證了邊緣控制裝置的控制效果；使用智慧用能邊緣控制裝置采集相關(guān)電能數(shù)據(jù)，用以優(yōu)化運(yùn)行；用電腦模擬云端上位機(jī)下發(fā)控制指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及實(shí)時(shí)觀察、控制。2023 年3 月初，在甘肅省某日光溫室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，日光溫室日運(yùn)行費(fèi)用降低4.85%，光伏就地消納率提升19.13 個(gè)百分點(diǎn)，CO2 日排放量降低20.63%。

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