胡 平,高文根,陳其工,黃少偉,劉 濤

(1.安徽工程大學(xué)a.計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院;b.安徽檢測技術(shù)與節(jié)能裝置省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽蕪湖241000;

2.清華大學(xué)電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084)

基于D-OSGi的光伏微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

胡 平1a,高文根1b,陳其工1b,黃少偉2,劉 濤1a

(1.安徽工程大學(xué)a.計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院;b.安徽檢測技術(shù)與節(jié)能裝置省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽蕪湖241000;

2.清華大學(xué)電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084)

微電網(wǎng)需要能量管理系統(tǒng)(EMS)對(duì)分布式電源進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制,但傳統(tǒng)軟件開發(fā)模型及中間件技術(shù)在模塊熱插拔及代碼侵入性等方面尚有不足。為此,依托安徽工程大學(xué)100 kW光伏微網(wǎng)項(xiàng)目,提出一種基于分布式開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)(D-OSGi)的微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。闡述D-OSGi的擴(kuò)展方法、EMS軟件邏輯層劃分、能量優(yōu)化調(diào)度策略及SCADA圖元變更機(jī)制,給出系統(tǒng)在宣城微網(wǎng)的實(shí)施方法。對(duì)典型業(yè)務(wù)模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,該系統(tǒng)能有效降低用戶對(duì)功能進(jìn)行細(xì)粒度定制和擴(kuò)展的難度,方便電力系統(tǒng)相關(guān)科研人員對(duì)微網(wǎng)控制算法進(jìn)行快速仿真。

微電網(wǎng);能量管理系統(tǒng);分布式電源;開放服務(wù)網(wǎng)關(guān);面向切面編程

1 概述

隨著國家能源戰(zhàn)略調(diào)整及環(huán)境日益嚴(yán)峻,基于風(fēng)能和太陽能等可再生能源的分布式電源微網(wǎng)逐漸成為研究熱點(diǎn)。為解決因氣象因素造成的設(shè)備發(fā)電功率波動(dòng)較大的問題,微電網(wǎng)需要類似于傳統(tǒng)大電

網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)(Energy Management System, EMS)對(duì)分布式電源進(jìn)行實(shí)時(shí)化、多目標(biāo)的運(yùn)行優(yōu)化控制［1-2］。因此,微電網(wǎng)EMS的設(shè)計(jì)工作成為亟待解決的問題。

目前針對(duì)微網(wǎng)EMS的研究目標(biāo)主要集中在分層保護(hù)策略及信息交互模型上［3-4］。而從宏觀和用戶的角度,微網(wǎng)EMS首先是一個(gè)軟件系統(tǒng),若忽略對(duì)軟件整體架構(gòu)的考慮,在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上仍基于傳統(tǒng)架構(gòu)及開發(fā)模型,顯然與當(dāng)前軟件的分布化、構(gòu)件化及運(yùn)行時(shí)可插拔等趨勢背道而馳,導(dǎo)致包括企業(yè)和科研人員在內(nèi)的用戶很難根據(jù)微網(wǎng)類型及規(guī)模對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)粒度功能定制和非侵入式的擴(kuò)展。一部分學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到上述問題,并通過SOA/Web Service等中間件技術(shù)來開發(fā)或重構(gòu)微網(wǎng)EMS［5-6］,其較好解決了EMS的一些常規(guī)業(yè)務(wù),但在模塊動(dòng)態(tài)熱插拔、異構(gòu)平臺(tái)支持度以及能量調(diào)度策略與控制算法的低耦合等方面仍存在不足。

本文依托安徽工程大學(xué)100 kW光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目,結(jié)合開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)(Open Service Gateway initiative, OSGi)規(guī)范及面向切面編程(Aspect-oriented Programming,AOP)技術(shù),提出并實(shí)現(xiàn)一種具有即插即用特性的分布式光伏微網(wǎng)能量管理系統(tǒng),使得能量調(diào)度策略與控制算法充分解耦,同時(shí)降低用戶在系統(tǒng)上線后對(duì)功能進(jìn)行細(xì)粒度定制和擴(kuò)展的難度。

2 D-OSGi及其面向切面擴(kuò)展

2.1 D-OSGi概述

OSGi為軟件系統(tǒng)提供了一種基于構(gòu)件的、面向服務(wù)的開發(fā)機(jī)制和運(yùn)行環(huán)境,其核心思想是使軟件構(gòu)件(在OSGi中稱為Bundle)的部署、啟停、更新及卸載等具備高度動(dòng)態(tài)性［7］。近年來,越來越多的應(yīng)用開始采用OSGi作為底層架構(gòu)來開發(fā)和部署,其中典型代表如Eclipse。OSGi規(guī)范最初是針對(duì)嵌入式和移動(dòng)設(shè)備提出的,這顯然限制了其在企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域的大規(guī)模普及。為解決這一矛盾,OSGi聯(lián)盟于2010年3月發(fā)布了首次涉及企業(yè)級(jí)服務(wù)的OSGi R4.2企業(yè)版規(guī)范,Java EE平臺(tái)中的一些重要規(guī)范如JNDI、JPA和JDBC等在該規(guī)范中均有相應(yīng)的服務(wù)定義,從而使得在OSGi容器中訪問Java EE標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)成為可能。2011年4月發(fā)布的OSGi R4.3核心版規(guī)范［8］開始支持JDK 1.5的泛型語法,這也從一個(gè)側(cè)面說明OSGi已將重心向企業(yè)級(jí)分布式應(yīng)用開發(fā)傾斜。

目前兼容OSGi R4.2及以上版本規(guī)范的參考實(shí)現(xiàn)主要有Eclipse Equinox、Apache D-OSGi及JBoss OSGi等,其中以Apache D-OSGi的發(fā)展最為活躍。D-OSGi源于Apache的CXF項(xiàng)目［9］,其核心是通過Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨虛擬機(jī)的遠(yuǎn)程OSGi服務(wù)調(diào)用,非常適合微網(wǎng)EMS中部署于工控機(jī)、服務(wù)器甚至移動(dòng)設(shè)備上的分布式子系統(tǒng)間的交互場景,加上其提供了輕量級(jí)容器Felix的支持,因此,本文EMS選用了Apache D-OSGi作為底層開發(fā)框架。

2.2 D-OSGi的面向切面擴(kuò)展方法

微網(wǎng)EMS中的特殊業(yè)務(wù)決定了其內(nèi)部多個(gè)Bundle間不僅僅是簡單的功能調(diào)用關(guān)系,例如,工控機(jī)連接的多個(gè)數(shù)據(jù)采集口需要進(jìn)行同步控制、數(shù)據(jù)變化滿足預(yù)置條件時(shí)將觸發(fā)控制邏輯生成和下發(fā)指令、人機(jī)交互界面中的圖元在現(xiàn)場設(shè)備響應(yīng)或超時(shí)后的自動(dòng)狀態(tài)更新等［10］。若遵循標(biāo)準(zhǔn)的OSGi規(guī)范實(shí)現(xiàn)這些邏輯,不僅代碼分散、冗余度高,而且會(huì)因非功能性邏輯對(duì)核心業(yè)務(wù)邏輯的侵入而嚴(yán)重降低系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。借助AOP思想［11］能較好滿足上述特殊需求,考慮到標(biāo)準(zhǔn)的D-OSGi交互模型缺乏對(duì)關(guān)注點(diǎn)分離和切面織入的支持,因此,有必要對(duì)其進(jìn)行面向切面擴(kuò)展,如圖1所示。

圖1 D-OSGi的面向切面擴(kuò)展示意圖

擴(kuò)展方法基于典型的責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式,通過在服務(wù)消費(fèi)者(Client)和服務(wù)提供者(Server)之間引入攔截器(Interceptor),并由后者自動(dòng)攔截和轉(zhuǎn)發(fā)所有由Client發(fā)起的遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用。為獲取OSGi容器上下文,Interceptor本身也是以Bundle的形式出現(xiàn),其提供的攔截方法(doIntercept)被封裝為OSGi服務(wù)并發(fā)布到注冊中心(Zoo Keeper Server)。Interceptor通過OSGi R4.3規(guī)范中新增的服務(wù)事件監(jiān)聽器鉤子(Service Event Listener Hook)實(shí)現(xiàn)調(diào)用攔截,將目標(biāo)方法與指定的織入配置(與Spring AOP配置信息類似)進(jìn)行匹配,通過編織鉤子(Weaving Hook)將匹配到的橫切關(guān)注點(diǎn)邏輯(以AspectJ的語法定義［12］)織入doIntercept方法的合適位置,最后將Client原來的調(diào)用請求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)方法。

3 光伏微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

3.1 微電網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)

安徽工程大學(xué)100 kW光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目所含設(shè)備分布于4號(hào)教學(xué)樓及A座實(shí)驗(yàn)樓樓頂,前者光伏裝機(jī)容量為70 kWp,發(fā)出的電直接并網(wǎng),后者容量為30 kWp,同時(shí)帶有30 kWh的儲(chǔ)能單元,二者構(gòu)成微電網(wǎng)系統(tǒng)。

項(xiàng)目包含3個(gè)層面:

(1)一套容量為100 kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)(太陽能電池板、光伏并網(wǎng)逆變器等)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、電能質(zhì)量綜合治理裝置及可控負(fù)載;

(2)數(shù)據(jù)采集、控制和保護(hù)層,主要包括數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、先進(jìn)控制器和保護(hù)裝置;

(3)系統(tǒng)監(jiān)控展示層,即本文EMS及其數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)人機(jī)交互界面,其實(shí)時(shí)采集和展示微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源、負(fù)荷、逆變器、儲(chǔ)能等設(shè)備的信息,并通過綜合保護(hù)系統(tǒng),快速探測設(shè)備臨界狀態(tài)并生成協(xié)調(diào)指令,以保障微網(wǎng)自趨優(yōu)運(yùn)行以及重要負(fù)荷的用電可靠性。

該校光伏微電網(wǎng)拓?fù)涞木唧w架構(gòu)如圖2所示(以A座實(shí)驗(yàn)樓為例)。

圖2 光伏微電網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)

3.2 軟件邏輯層

根據(jù)微網(wǎng)主要業(yè)務(wù),本文EMS被設(shè)計(jì)為綜合保護(hù)與SCADA 2個(gè)子系統(tǒng),其中前者部署于工控機(jī),后者則部署于服務(wù)器。軟件邏輯層劃分如圖3所示,其中所有功能模塊均以O(shè)SGi Bundle的形式實(shí)現(xiàn)。綜合保護(hù)子系統(tǒng)中的控制邏輯層包含若干控制算法Bundle,今后開展的電力系統(tǒng)及自動(dòng)化控制方面的研究可熱插拔于該層以快速仿真。數(shù)據(jù)I/O層Bundle以多線程異步的方式讀取和緩存現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài),為保證毫秒級(jí)的讀取間隔和控制響應(yīng),該層Bundle通過RS-485串口/PCI總線驅(qū)動(dòng)層訪問與現(xiàn)場設(shè)備相連的公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling,PCC)以獲

取設(shè)備狀態(tài)(模擬/數(shù)字量)并下發(fā)控制指令(數(shù)字量),從而保證微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的自穩(wěn)定和自優(yōu)化。此外,由于該層Bundle需要訪問底層驅(qū)動(dòng)以及Modbus, Labview等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)庫(通常以C/C++等本地代碼實(shí)現(xiàn)),故使用了Java本地接口(Java Native Interface, JNI)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)跨語言調(diào)用。

圖3 微網(wǎng)EMS軟件邏輯層劃分

SCADA子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)Bundle通過RS-485串口獲取設(shè)備數(shù)據(jù)(數(shù)字量,其采樣頻率較綜合保護(hù)子系統(tǒng)低得多)并持久存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫以形成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。調(diào)度管理Bundle經(jīng)以太網(wǎng)與綜合保護(hù)子系統(tǒng)中的相應(yīng)Bundle相連,并通過DOSGi容器共享上下文。用戶可指定不同的能量優(yōu)化和調(diào)度策略,由綜合保護(hù)系統(tǒng)中的控制邏輯層下發(fā)控制指令,以達(dá)到人工干預(yù)微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 能量優(yōu)化和調(diào)度

能量優(yōu)化調(diào)度是微網(wǎng)EMS的核心功能,對(duì)于微網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行極為關(guān)鍵。本文將調(diào)度過程解耦為調(diào)度策略描述與控制算法實(shí)現(xiàn),并充分利用AOP的運(yùn)行時(shí)字節(jié)碼編織機(jī)制實(shí)現(xiàn)控制邏輯的動(dòng)態(tài)變更。調(diào)度優(yōu)化策略描述以XML格式存于SCADA端文件系統(tǒng),其中內(nèi)容包括發(fā)電質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)(如儲(chǔ)能出力缺額、功率偏差閾值等)、控制邏輯IDs、觸發(fā)條件以及前置/后置指令等,SCADA子系統(tǒng)中的調(diào)度管理Bundle提供了GUI可視化編輯和校驗(yàn)器方便用戶編輯策略文件。能量優(yōu)化和調(diào)度流程如圖4所示。

圖4具體工作流程如下:

(1)由用戶編輯策略文件(來自于外部配網(wǎng)的信息和指令需要先轉(zhuǎn)換為合法的策略文件),提交至調(diào)度管理Bundle。

(2)調(diào)度管理Bundle解析策略文件,生成以AspectJ語法描述的切面配置信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)至控制邏輯層。

(3)控制邏輯Bundle的Service Hook攔截切面配置,通過Weaving Hook和Spring AOP容器將切面配置植入指定控制邏輯的字節(jié)碼中。

(4)以異步方式啟動(dòng)控制邏輯,其將在觸發(fā)條件被滿足時(shí)生成控制指令序列。

(5)指令序列經(jīng)PCC下發(fā)至相應(yīng)設(shè)備端駐留程序并執(zhí)行,最終完成一次優(yōu)化調(diào)度任務(wù)。

圖4 能量優(yōu)化和調(diào)度流程

該方法充分解耦了調(diào)度策略描述與控制邏輯實(shí)現(xiàn),不僅屏蔽了控制邏輯的編織細(xì)節(jié),而且能在不停機(jī)前提下對(duì)控制邏輯進(jìn)行熱插拔,方便了用戶特別是電力系統(tǒng)科研人員快速仿真。SCADA子系統(tǒng)中的權(quán)限校驗(yàn)、操作日志及數(shù)據(jù)庫事務(wù)管理等非功能性邏輯也可采用類似的方式完成。

3.4 SCADA圖元狀態(tài)同步

微網(wǎng)EMS相較于其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一個(gè)重要區(qū)別是設(shè)備狀態(tài)的變化將觸發(fā)GUI更新,如設(shè)備駐留保護(hù)程序主動(dòng)開/閉開關(guān)、控制算法執(zhí)行儲(chǔ)能電池充/放電及微網(wǎng)的離/并網(wǎng)指令等。換言之,微網(wǎng)EMS中的事件源往往是系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù),而非外部的用戶或其他系統(tǒng)。作為微網(wǎng)EMS的人機(jī)交互界面,SCADA子系統(tǒng)必須具備及時(shí)、準(zhǔn)確地探測設(shè)備狀態(tài)變化并更新相應(yīng)圖元的圖標(biāo)/動(dòng)畫等以保持界面和設(shè)備狀態(tài)一致性的能力。若采用傳統(tǒng)的監(jiān)聽線程主動(dòng)拉取(Pull)數(shù)據(jù)的編程方式實(shí)現(xiàn)該邏輯,不僅要為每個(gè)設(shè)備編寫對(duì)應(yīng)監(jiān)聽線程及圖元更新邏輯(侵入式編程方式,降低了代碼可理解性),而且會(huì)因大量線程對(duì)象并發(fā)執(zhí)行而導(dǎo)致系統(tǒng)難以調(diào)試及性能下降。

本文通過JavaBean規(guī)范中的屬性變更監(jiān)聽機(jī)制及AOP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)SCADA圖元的狀態(tài)同步,具體方案如下:

(1)編寫全局唯一的設(shè)備狀態(tài)變化監(jiān)聽Bundle。

(2)以AOP切面的形式指定每個(gè)圖元的監(jiān)聽主題(含設(shè)備ID、要同步的數(shù)據(jù)屬性及觸發(fā)條件等)及更新細(xì)節(jié)(含圖標(biāo)文件、動(dòng)畫類型等),并向監(jiān)聽Bundle注冊。

(3)監(jiān)聽Bundle在啟動(dòng)時(shí)通過AOP容器植入所有圖元切面邏輯,為每個(gè)圖元生成對(duì)應(yīng)的JavaBean字節(jié)碼(重寫了java.beans.PropertyChangeListener接口)并實(shí)例化之。

(4)監(jiān)聽Bundle通過數(shù)據(jù)采集Bundle輪詢每個(gè)設(shè)備的狀態(tài),當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí),將數(shù)據(jù)變化事件封裝為java.beans.PropertyChangeEvent對(duì)象。

(5)監(jiān)聽Bundle將事件對(duì)象推送(Push)至相應(yīng)的主題訂閱者(即圖元實(shí)例),并作為參數(shù)由后者回調(diào)(Callback)相應(yīng)接口方法(propertyChange)。

實(shí)際運(yùn)行界面如圖5所示?？梢?上述方法不僅性能更優(yōu)(只存在一個(gè)全局的監(jiān)聽線程),而且代碼量顯著減少,相關(guān)人員可以集中更多精力關(guān)注微網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)而非GUI的變更邏輯。

圖5 SCADA界面及圖元變更

4 系統(tǒng)在宣城微網(wǎng)的實(shí)施與驗(yàn)證

本EMS已于2013年10月在安徽省宣城市供電公司光伏發(fā)電及微網(wǎng)控制示范項(xiàng)目上線,系統(tǒng)基于JDK 1.6.0_45+MyEclipse 10.5開發(fā),并以Maven 3.3.2作為Bundle版本管理插件,OSGi容器為Apache Felix 4.4.1,AOP容器為Spring 3.1.1, Web服務(wù)器為Jetty 8.1.15;GUI圖元方面,采用TWaver for Java 4.5,其是基于Swing組件庫的純Java擴(kuò)展,與本EMS的GUI完全兼容;串口通信方面,采用rxtx-2.2-linux-x64包;數(shù)學(xué)及矩陣運(yùn)算庫方面,采用Apache commons-math 3.4。微網(wǎng)綜合保護(hù)子系統(tǒng)部署于研華工控機(jī)(IPC-610H),SCADA子系統(tǒng)則部署于IBM服務(wù)器(x3650 M4),操作系統(tǒng)均為CentOS 6.5,兩者通過千兆以太網(wǎng)相連。

驗(yàn)證目標(biāo)分別選取調(diào)度管理Bundle及發(fā)電預(yù)測Bundle,在EMS不間斷運(yùn)行的前提下熱部署到系統(tǒng)中,考查兩者的功能正確性。調(diào)度管理Bundle根據(jù)預(yù)先設(shè)定的發(fā)電出力及儲(chǔ)能可用率等指標(biāo),實(shí)時(shí)計(jì)算并織入指令以控制光伏板棄光、儲(chǔ)能設(shè)備充/放電以及從配網(wǎng)取電等。驗(yàn)證結(jié)果如圖6所示(截取于實(shí)際運(yùn)行界面)。圖中加粗階梯狀曲線為設(shè)定的某日發(fā)電出力,其中縱軸為負(fù)的點(diǎn)表示配網(wǎng)正在為儲(chǔ)能設(shè)備充電。為貼近真實(shí)用電場景,在驗(yàn)證調(diào)度管理的60 min內(nèi)(約12時(shí)50分開始),若干次隨機(jī)開閉數(shù)臺(tái)接入負(fù)荷的空調(diào)、電熱水壺等大功率設(shè)備。

結(jié)果表明,該時(shí)段內(nèi)的設(shè)定出力和實(shí)測出力曲線基本吻合,兩者偏離比最高為4.3%(出現(xiàn)于13時(shí)54分左右,該時(shí)刻刻意制造的接入負(fù)荷變化較大)。此外,接入負(fù)荷的幾臺(tái)PC機(jī)(用電質(zhì)量要求較高)在此時(shí)段內(nèi)均未出現(xiàn)死機(jī),較好滿足了調(diào)度指標(biāo)。

圖6 能量調(diào)度Bundle驗(yàn)證結(jié)果

發(fā)電預(yù)測Bundle預(yù)測微網(wǎng)短期發(fā)電功率,為能量優(yōu)化調(diào)度提供依據(jù)?？紤]到除氣象因素外,發(fā)電量還受到光伏板的材質(zhì)、工藝和型號(hào)等影響,故本Bundle采用了基于歷史相似氣象日和最小二乘支持向量機(jī)的統(tǒng)計(jì)方法,具體步驟如下:

(1)獲取最近采樣的360條(每天1條,每條含12個(gè)特征維,系統(tǒng)運(yùn)行初期可適當(dāng)降低訓(xùn)練集與測試集的樣本容量或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估)數(shù)據(jù)中隨機(jī)的330條作為候選訓(xùn)練集,剩余30條則作為測試集。

(2)基于k最近鄰法,在候選訓(xùn)練集中找到與待預(yù)測日具有最相似氣象條件(包括天氣類型、輻照度、溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向等特征)的k日發(fā)電出力作為訓(xùn)練集(k≥17)。

(3)基于最小二乘支持向量機(jī)算法,以結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化為目標(biāo)在訓(xùn)練集和測試集上學(xué)習(xí)最優(yōu)模型。

(4)根據(jù)最優(yōu)模型及待預(yù)測日的氣象數(shù)據(jù)計(jì)算該日的發(fā)電出力。

驗(yàn)證結(jié)果如圖7所示,結(jié)果表明,10次預(yù)測與實(shí)際發(fā)電功率誤差比最高不超過9%,平均比為6.9%,預(yù)測準(zhǔn)確率較高。若適當(dāng)縮短氣象數(shù)據(jù)采樣間隔(預(yù)測日的氣象變化跨度可能較訓(xùn)練樣本大),則準(zhǔn)確率還可進(jìn)一步提高。

圖7 驗(yàn)證結(jié)果

5 結(jié)束語

本文依托安徽工程大學(xué)100 kW光伏微網(wǎng)項(xiàng)目,結(jié)合OSGi規(guī)范及AOP技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種具有即插即用特性的分布式光伏微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)?；谶\(yùn)行期字節(jié)碼透明植入機(jī)制,提出了D-OSGi規(guī)范的面向切面擴(kuò)展方法,闡述了軟件邏輯層劃分、能量優(yōu)化調(diào)度策略及SCADA圖元變更機(jī)制,給出了系統(tǒng)在宣城微網(wǎng)的實(shí)施方法,并對(duì)典型業(yè)務(wù)模塊的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,該系統(tǒng)能有效降低用戶對(duì)功能進(jìn)行細(xì)粒度定制和擴(kuò)展的難度,同時(shí)方便電力系統(tǒng)相關(guān)科研人員對(duì)微網(wǎng)控制算法進(jìn)行快速仿真。下一步將對(duì)微網(wǎng)中計(jì)算密集型業(yè)務(wù)的任務(wù)分派、并行計(jì)算以及集群環(huán)境下的負(fù)載均衡、失效Bundle探測等方面做進(jìn)一步研究。

［1]Farhangi H.The Path of the Smart Grid［J］.IEEE Power and Energy Magazine,2010,8(1):18-28.

［2]陳昌松.光伏微網(wǎng)的發(fā)電預(yù)測與能量管理技術(shù)研究［D］.武漢:華中科技大學(xué),2011.

［3]張建華,蘇 玲,陳 勇,等.微網(wǎng)的能量管理及其控制策略［J］.電網(wǎng)技術(shù),2011,(7):24-28.

［4]劉海璇,吳福保,董大興,等.微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中的公共信息模型擴(kuò)展［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012, 36(6):45-51.

［5]葛 蓬,李欣然,唐國慶,等.基于Web服務(wù)的電力企業(yè)實(shí)時(shí)信息應(yīng)用集成［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備,2011, 35(2):99-103.

［6]唐躍中,曹晉彰,郭創(chuàng)新,等.電網(wǎng)企業(yè)基于面向服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用集成研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008,32(14):50-54.

［7]張 仕,黃林鵬.基于OSGi的服務(wù)動(dòng)態(tài)演化［J］.軟件學(xué)報(bào),2008,19(5):1201-1211.

［8]OSGi Alliance.OSGi Service Platform Release 4.3［EB/OL］.［2014-09-10］.http://www.osgi.org/Release4.

［9]Apache Software Foundation.The CXF Project［EB/OL］.［2014-09-10］.http://cxf.apache.org/distributed-osgi.html.

［10]梁 亮,李建林,惠 東.光伏-儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理及控制策略［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備,2011,31(8): 20-23.

［11]Alexanderson R.Aspect Oriented Software Implemented Node Level Fault Tolerance［C］//Proceedings of the 9th International Conference on Software Engineering and Applications.［S.l.］:ACM Press,2007:57-74.

［12]The AspectJ Project.AspectJ5Developer’sNotebook［EB/OL］.［2014-09-10］.http://www.eclipse.org/aspectj.

編輯 金胡考

Photovoltaic Microgrid Energy Management System Based on D-OSGi

HU Ping1a,GAO Wengen1b,CHEN Qigong1b,HUANG Shaowei2,LIU Tao1a
(1a.School of Computer and Information;1b.Anhui Key Lab of Detection Technology and Energy Saving Devices, Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China;
2.State Key Lab of Power Systems,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

Microgrid needs the Energy Management System(EMS)to optimize and control Distributed Generation (DG),but the traditional software development models and middleware technologies are insufficient in module hot-plug capability and code invasion.Based on the 100 kW photovoltaic microgrid project in Anhui Polytechnic University,this paper proposes a microgrid EMS based on Distributed Open Service Gateway initiative(D-OSGi),and then discusses the aspect-oriented approach to extend the D-OSGi,software logical layers of EMS,energy scheduling strategies and changes of SCADA graphics primitive.The implementation approach of EMS in Xuancheng microgrid is presented,and some tests are done for typical modules’functionality.The results show that the system reduces the difficulties to customize and extend functions effectively,and it is convenient for power system related researchers to simulate microgrid control algorithms rapidly.

microgrid;Energy Management System(EMS);Distributed Generation(DG);Open Service Gateway Initiative(OSGi);Aspect-oriented Programming(AOP)

胡 平,高文根,陳其工,等.基于D-OSGi的光伏微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)工程,2015, 41(3):47-52.

英文引用格式:Hu Ping,Gao Wengen,Chen Qigong,et al.Photovoltaic Microgrid Energy Management System Based on D-OSGi［J］.Computer Engineering,2015,41(3):47-52.

1000-3428(2015)03-0047-06

:A

:TP393

10.3969/j.issn.1000-3428.2015.03.009

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61203034);安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(1301022045);安徽省高等教育提升計(jì)劃省級(jí)自然科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(TSKJ2014B08);蕪湖市科技計(jì)劃基金資助重大項(xiàng)目(2014zd23);清華大學(xué)盧強(qiáng)院士安徽省工作站基金資助項(xiàng)目。

胡 平(1979-),男,講師、碩士,主研方向:分布式計(jì)算,軟件體系結(jié)構(gòu);高文根,講師、碩士;陳其工,教授;黃少偉,講師、博士;劉 濤,副教授、碩士。

2014-09-01

:2014-09-25E-mail:15876240@qq.com