基于Android的分布式電源監控系統的研發

戎宏娜，尹育新

(1.石家莊信息工程職業學院，河北石家莊050035；2.河北省國土資源廳，河北石家莊050051)

基于Android的分布式電源監控系統的研發

戎宏娜1，尹育新2

(1.石家莊信息工程職業學院，河北石家莊050035；2.河北省國土資源廳，河北石家莊050051)

采用基于樣本集約化的熵權法對分布式電源的電能質量進行綜合評估，在此基礎上建立相應的監控模型，形成目標函數。利用Java語言開發了基于Android的分布式電源監控系統，對分布式電源的有效運行具有重要的指導意義。

分布式電網；遠程監控；電能評估；安卓

作為人類社會發展的重要物質基礎，能源具有重要的戰略地位。在眾多的能源中，電力資源具有重要的作用，它的可靠運行是經濟和社會持續發展的重要動力。然而，隨著傳統能源所暴露出的一系列問題，人們逐漸認識到：利用高效、清潔、經濟的新型綠色能源來代替傳統能源實現可靠的電力供應，是一條必經之路。

新能源是利用新技術和新材料對自然界所存在的一些能源形式進行改造，從而開發出取之不盡、周而復始的可再生能源。目前人類所利用的能源主要有太陽能、風能、生物質能等形式，而利用的主要方式是發電。新能源的發電分為離網方式和并網方式。從目前的發展方向來說，以并網發電為主。但是，由于傳統電網的規模越來越大，安全性越來越低，結構上獨立、運行方式上靈活的分布式電網成為研究的重點。

分布式電源是指在用戶現場或靠近用電現場配置的較小的發電機組(一般低于30 MW)，以滿足用戶的電能質量需要和支持現存配電網的經濟運行。目前，分布式電源既包括小型的燃氣輪機，也可以利用可再生能源。而利用可再生能源所實現的分布式電源是今后的發展方向。

分布式電源具有兩種運行方式：孤島運行和并網運行。這兩種方式可以在需要時自由切換，因此具有靈活性強的特點。同時，由于它和傳統電網在結構上是隔離的，所以不受傳統電網停電事故的影響，安全性高。分布式電源的主要發電方式是可再生能源，綠色環保，具有相當的可持續性。

但是分布式電源的運行也具有不可避免的電能質量問題，例如電壓偏差、波動、暫降問題、諧波問題、三相不平衡等問題，因此，必須具有一套行之有效的電能質量監控系統才能保證分布式電源的可靠運行。

1 分布式電源電能質量綜合評估分析

為了滿足用戶對電能質量的要求，我國制定了一系列有關電能質量的標準，其中包括電壓偏差、頻變偏差、電壓三相不平衡、電壓波動與閃變、公用電網諧波、暫時過電壓和瞬態過電壓等六項指標。對于這六項指標，我國有單獨的評價體系，而對于分布式電源系統而言，還缺少綜合性的評估分析模型。因此，如何建立一個合理的綜合評估的數學模型，以各單項指標為樣本數據，采用適當的數學方法進行綜合評估，得出合乎運行實際的電能質量結論，是對分布式電源進行質量監控的核心。

目前應用于電能質量的評估方法很多，例如層次分析法、隨機近似法、神經網絡算法、模糊算法等，而這些算法共同存在的問題是主觀判斷成分居多，影響了結論的客觀性，因此，利用一定的方法對主觀因素進行較正是評估方法可靠的保證。

基于信息熵理論的熵值賦權法是利用信息熵的理論與方法，根據不同指標對整體結果的影響程度來確定其在評估體系中權重的方法。該方法具有以下特點：(1)熵值賦權法基于“差異驅動”原理，突出局部差異，由各個樣本的實際數據求得最優權重，反映了指標信息熵值的效用價值，避免了人為的影響因素，因而給出的指標權重更具有客觀性，從而具有較高的再現性和可信度；(2)賦權過程具有透明性、可再現性；(3)采用歸一化方法對數據進行無量綱化處理，具有單調性、縮放無關性和總量恒定性等優異品質，且魯棒性較好[1]。從以上的分析可知，采用信息熵的熵值賦權法對樣本的權重進行較正是一種行之有效的方法。

電力系統中的電能質量數據是一個數量眾多、情況復雜的集合體，而不同類型的數據具有不同的物理含義和不同的影響程度，而在電力系統實際運行的過程中，這些數據又隨運行狀態的不同呈現出較大的隨機性，這給評估帶來了一定的難度，因此，為了使評估模型的建立相對簡單可行，采用集約化的方法對樣本數據進行簡化是必要的。

對集合內的樣本數據采取一定的方法約束進一定的理論空間內的方法就是集約化。在本研究中，采用隨機近似法來實現集約化。具體的操作過程是，隨機采集若干組運行數據組成集合組，分析這些數據，相近似的數據選取其中間值來代替，形成一組數據，以此方法，形成一組一組的數據，組成信息集合。

在電力系統中，電能質量的某項指標變化越劇烈，其不確定因素越多，對電能整體質量的影響也越大。而對于信息熵的概念來說，某一項指標變化越隨機、越劇烈，其信息熵就越大，而權重也相應就高，所以電能質量的指標模型體系完全可以采用信息熵理論來較正相應的權重系數。

2 電能質量綜合評估目標函數的確立

經過以上分析，可以確定電能質量綜合評估目標函數為[2]：式中：為第組運行樣本集合，以集約化數據為準；為第組數據的權重；ε為專家較正系數。

3 基于Android的監控系統的實現

為了適應現代監控功能的要求，本設計完成了基于Android的監控系統的設計。如圖1所示，該系統由三部分組成，分別為底層數據采集模塊、中間通信模塊和上層監控模塊。底層數據采集模塊由分布式電源運行狀態采集子系統組成，采用傳感器加單片機運行模式，通信可采用短距離有線或無線通信方式，例如無線傳感網或CAN總線形式，所有的數據集中傳輸至中間層通信網關。中間層通信模塊主要由通信網關、通信網絡(Internet)、服務器等部分組成。通信網關由Motorola 32位單片機來擔當，主要任務是完成底層通信與中間層通信的協議轉換及數據的傳輸。上層監控中心由監控中心和移動監控端組成。該分布式電源監控系統可以完成電源系統的實時監測與控制，完成分布式電源系統的遙信、遙測、遙控、遙調、遙視等“五遙”功能，具用靈活性強、可靠性強的基本特點。

圖1 分布式電源監控系統結構

移動終端采用Java語言實現了基于Android的遠程監控。具體過程為由傳感器實時采集電源的運行數據，并由底層通信模塊和中間層通信網絡將數據傳遞到服務器端。服務器端數據進行分析計算并上傳至監控中心。移動終端用戶通過服務器端的驗證后，獲得客戶端的所有功能，一方面可以完成電源運行數據查詢，另一方面發出控制命令，發至服務器后傳至下層執行機構，從而完成遠程的控制。

電能質量的評估模型利用C語言編寫，并在服務器中實現，以保證評估的可靠性和及時性。

手機終端定時刷新接收數據的程序為：

4 總結

本文采用基于樣本集約化的熵權法對分布式電源的電能質量進行綜合評估，并在此基礎上依據電源種類形成不同的監控模型，建立了相應的目標函數，形成了有效的監控算法。該系統實現了三層分布式電源監控系統，其核心是處于中間層的服務器，完成了電能質量評估計算及運行數據和控制命令轉發的功能，并利用Android提供的應用程序實現電源系統的智能化遠程控制。結果表明：該系統運行可靠、設備簡單、成本低、易擴展，適用于智能控制系統。

[1]張喆.含分布式電源的配電系統電能質量概率評估[D].秦皇島：華北電力大學，2013：66-67.

[2]張海明.利用信息熵法實現對大數據的分析和處理[D]．昆明：云南大學，2015：15-19.

Research of distributed power monitoring system based on Android

The power quality comprehensive assessment of distributed power supply was conducted by using entropy weight method based on the sample of the intensification.On this basis, the corresponding monitor model was established and the objective function was developed.The distributed power monitoring and control system based on Android was developed by using Java language.So it has important practical significance for the effective operation of the distributed power.

distributed power grid;remote monitoring;electrical energy assessment;Android

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1302-02

2016-01-20

戎宏娜(1980—)，女，河北省人，講師，主要研究方向為電子信息與計算機軟件。