多用戶太陽能均衡用電管理系統的設計

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中圖分類號：S214 文獻標識碼：B文章編號：1008-925X（2012）11-0123-01

光伏發電的建設成本一直是影響大規模推廣的重要因素，若每個用戶都單獨建立一個光伏發電系統，不但建設成本高，而且管理不便，其經濟性還不能和常規能源競爭，但若多用戶同時使用一個太陽能系統，其成本相對而言會減少很多。此外，我們還將太陽能與市電組成雙電源互補供電系統，這樣不僅可以有效解決太陽能利用不穩定的問題，還可以適當減少電池容量以降低開發成本。我們在深入研究后，從高效管理、均衡分配和合理利用太陽能供電系統的角度去設計太陽能與市電互補的供電系統。

1 總體運行框架

該圖是多用戶太陽能供電管理系統圖，圖中用戶1、用戶2、用戶3、用戶N是管理系統管理的用戶站點，這些用戶使用同一個太陽能發電系統提供的電能，同時也使用常規市電系統提供的電能。本系統的目的是根據多個用戶的不同用電量、不同用電習慣、不同用電時段合理地調配各個用戶的用電，滿足各個用戶均衡用電的需求，實現一個太陽能系統的高效使用，從而降低了每個用戶的使用成本。

多用戶太陽能供用電管理系統包括用戶站點，太陽能檢測系統、嵌入式管理系統、LCD界面顯示系統四個部分。用戶與管理系統利用ZigBee組成無線傳感網。

2 硬件系統設計及實現

①：整個系統由硬件平臺和軟件平臺協調完成，硬件主要由以下部分組成。

S3C2440，ARM嵌入式系統硬件平臺：主要包括處理器、存儲器、SDRAM、以太網接口、串口、SD卡、USB口、LCD顯示器等組成。

用戶站點：每個用戶站點有電能的測量、市電與太陽能供電的切換等功能，通過一個ZigBee無線傳感器網絡與主控系統組網。

電量檢測和充電管理系統硬件平臺：主要利用CN3002充電管理IC和CN8115電量管理IC實現整個系統鋰電模擬部分電路。

②：嵌入式Linux軟件

Linux下軟件開發主要包括宿主機上開發環境的建立、BootLoader移植、linux2.6.30.4內核移植、根文件系統移植、網卡等驅動的移植，在此基礎上移植建立Qtopia開發環境、Sqlite數據庫運行環境。

③：供用電管理系統軟件的設計與實現

供用電管理系統是基于多線程模式下的linux操作系統之上，在整個管理系統中軟件設計采用多線程模式，在此基礎上達到系統功能的完成性和協調性，下圖為整個軟件系統的運行框圖，“電能均衡分配模塊”、“太陽能性能檢測模塊”、“ZigBee數據傳輸模塊”是在linux系統的進程管理單元的協調下運行工作，通過共享內存的方式進行進程間數據通信。

該系統中，系統硬件平臺采用內核為ARM920T的32位RISC處理器S3C2440A，具有低價格、低功耗、高性能的特點。無線通信方案選用傳感網的ZigBee通信組網技術，傳輸距離遠、功耗低、價格便宜。太陽能檢測電路采用穩定的電量管理IC和充電管理IC，可以讓整個系統的電池管理方案穩定。多用戶均衡分配算法通過歷史數據分析、用戶慣用常數比較、多線程的并發機制和共享內存的數據通信方式，讓整個電能分配在合理的環境中運行。

結束語：經過對整個系統的軟件、硬件反復聯調，表明linux系統運行穩定，硬件反應實時性很強，GUI界面顯示準確。整個人機接口軟件直觀友好，操作簡便。整個系統充分利用太陽能，降低了市電的消耗，從長遠角度出發，值得推廣。