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。針對這一問題，該文設(shè)計了一種基于C#的微電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)。基于STM32F429芯片的MCU將采集到的電能數(shù)據(jù)處理后，利用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，基于C#開發(fā)的上位機利用C/S模式與MCU通信，并將數(shù)據(jù)存儲于服務(wù)器中，為后續(xù)提高電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。運行表明該系統(tǒng)準(zhǔn)確、快捷，實際應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) STM32 C# C/S

中圖分類號：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此設(shè)計方案主要由3個層次結(jié)構(gòu)分別是主站層（主要包括上位機、服務(wù)器和工作站）、通信層（主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸）和遠(yuǎn)動層（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。主要實現(xiàn)對光伏、風(fēng)力和儲能設(shè)備的電氣量參數(shù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至上位機進(jìn)行處理。

3 上位機通信程序設(shè)計

上位機通信程序依托C#編程語言，采用TCP/IP協(xié)議，調(diào)用套接字Socket來實現(xiàn)。

3.1 Socket通信

Socket是一種網(wǎng)絡(luò)上跨平臺的進(jìn)程間的通信機制，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、無重復(fù)的數(shù)據(jù)流。

（2）數(shù)據(jù)報套接字，用UDP提供雙向數(shù)據(jù)流，但不保證是可靠、有序、無重復(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，通過調(diào)用socket（）建立一個套接字，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（）使套接字做好偵聽的準(zhǔn)備，并規(guī)定它請求隊列的長度，之后就調(diào)用accept（）來接收連接。客戶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，客戶機和服務(wù)器之間就可以通過調(diào)用write（）和read（）來發(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 多線程技術(shù)

傳統(tǒng)的應(yīng)用程序主要以單線程形式運行，即程序的運行控制權(quán)由單個線程獨占來完成所有任務(wù)。如遇到復(fù)雜任務(wù)時，就會造成響應(yīng)速度慢的問題。多線程技術(shù)可以利用CPU的空閑時間片，用較少的時間對用戶做出響應(yīng)，這樣可以更好地利用系統(tǒng)資源，提高整體運行效率[2]。因此，該系統(tǒng)上位機采用多線程技術(shù)，通過區(qū)分不同的Socket，從而實現(xiàn)各通信間同時進(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； //定義偵聽端口

TcpListener tcplistener = new TcpListener （ port ） ； //實例監(jiān)聽

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

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

（2）服務(wù)器開啟循環(huán)監(jiān)聽。

tcpServerThread=new Thread（new ThreadStart （ Listen ） ）；//實例化監(jiān)聽程序

tcpServerThread.Start（）；//啟動線程

private void listen（）

{

while（listener）

{

tcplistener.Start （ ） ； //開始監(jiān)聽

TcpClient tcpclient = tcplistener.AcceptTcpClient （ ） ； //通過TCP連接請求

}

}

4 工作站軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件設(shè)計依托C#編程平臺主要實現(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)）。管理人員通過軟件操作界面查看、監(jiān)測微電網(wǎng)中各分布式電源（風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲能設(shè)備）、母線、負(fù)荷等電氣量（電壓、電流、功率等）。同時展示微電網(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)運行情況。

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

（3）氣象及發(fā)電量預(yù)測。該系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)接口訪問中國氣象網(wǎng)，查詢當(dāng)前和未來氣象信息，利用該信息預(yù)測短期設(shè)備發(fā)電量，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供最優(yōu)方案。

（4）用戶信息管理。主要包括操作員姓名、電話、操作權(quán)限等功能。

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

5 結(jié)語

該文設(shè)計了基于C#的微電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程實時監(jiān)控微電網(wǎng)中光伏發(fā)電、風(fēng)機發(fā)電、儲能設(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)的可靠性運行奠定基礎(chǔ)。運行表明，該系統(tǒng)具有實時性好、方便、快捷等特點，具有很高的實用價值。

參考文獻(xiàn)

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

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