基于Android的分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

戎宏娜，尹育新

(1.石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035；2.河北省國(guó)土資源廳，河北石家莊050051)

基于Android的分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

戎宏娜1，尹育新2

(1.石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035；2.河北省國(guó)土資源廳，河北石家莊050051)

采用基于樣本集約化的熵權(quán)法對(duì)分布式電源的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的監(jiān)控模型，形成目標(biāo)函數(shù)。利用Java語言開發(fā)了基于Android的分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)分布式電源的有效運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。

分布式電網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；電能評(píng)估；安卓

作為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源具有重要的戰(zhàn)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(yùn)行是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＨ欢S著傳統(tǒng)能源所暴露出的一系列問題，人們逐漸認(rèn)識(shí)到：利用高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的新型綠色能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源實(shí)現(xiàn)可靠的電力供應(yīng)，是一條必經(jīng)之路。

新能源是利用新技術(shù)和新材料對(duì)自然界所存在的一些能源形式進(jìn)行改造，從而開發(fā)出取之不盡、周而復(fù)始的可再生能源。目前人類所利用的能源主要有太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等形式，而利用的主要方式是發(fā)電。新能源的發(fā)電分為離網(wǎng)方式和并網(wǎng)方式。從目前的發(fā)展方向來說，以并網(wǎng)發(fā)電為主。但是，由于傳統(tǒng)電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，安全性越來越低，結(jié)構(gòu)上獨(dú)立、運(yùn)行方式上靈活的分布式電網(wǎng)成為研究的重點(diǎn)。

分布式電源是指在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置的較小的發(fā)電機(jī)組(一般低于30 MW)，以滿足用戶的電能質(zhì)量需要和支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前，分布式電源既包括小型的燃?xì)廨啓C(jī)，也可以利用可再生能源。而利用可再生能源所實(shí)現(xiàn)的分布式電源是今后的發(fā)展方向。

分布式電源具有兩種運(yùn)行方式：孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。這兩種方式可以在需要時(shí)自由切換，因此具有靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，由于它和傳統(tǒng)電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上是隔離的，所以不受傳統(tǒng)電網(wǎng)停電事故的影響，安全性高。分布式電源的主要發(fā)電方式是可再生能源，綠色環(huán)保，具有相當(dāng)?shù)目沙掷m(xù)性。

但是分布式電源的運(yùn)行也具有不可避免的電能質(zhì)量問題，例如電壓偏差、波動(dòng)、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(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)才能保證分布式電源的可靠運(yùn)行。

1 分布式電源電能質(zhì)量綜合評(píng)估分析

為了滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求，我國(guó)制定了一系列有關(guān)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括電壓偏差、頻變偏差、電壓三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、公用電網(wǎng)諧波、暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓等六項(xiàng)指標(biāo)。對(duì)于這六項(xiàng)指標(biāo)，我國(guó)有單獨(dú)的評(píng)價(jià)體系，而對(duì)于分布式電源系統(tǒng)而言，還缺少綜合性的評(píng)估分析模型。因此，如何建立一個(gè)合理的綜合評(píng)估的數(shù)學(xué)模型，以各單項(xiàng)指標(biāo)為樣本數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法進(jìn)行綜合評(píng)估，得出合乎運(yùn)行實(shí)際的電能質(zhì)量結(jié)論，是對(duì)分布式電源進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控的核心。

目前應(yīng)用于電能質(zhì)量的評(píng)估方法很多，例如層次分析法、隨機(jī)近似法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)論的客觀性，因此，利用一定的方法對(duì)主觀因素進(jìn)行較正是評(píng)估方法可靠的保證。

基于信息熵理論的熵值賦權(quán)法是利用信息熵的理論與方法，根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)整體結(jié)果的影響程度來確定其在評(píng)估體系中權(quán)重的方法。該方法具有以下特點(diǎn)：(1)熵值賦權(quán)法基于“差異驅(qū)動(dòng)”原理，突出局部差異，由各個(gè)樣本的實(shí)際數(shù)據(jù)求得最優(yōu)權(quán)重，反映了指標(biāo)信息熵值的效用價(jià)值，避免了人為的影響因素，因而給出的指標(biāo)權(quán)重更具有客觀性，從而具有較高的再現(xiàn)性和可信度；(2)賦權(quán)過程具有透明性、可再現(xiàn)性；(3)采用歸一化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，具有單調(diào)性、縮放無關(guān)性和總量恒定性等優(yōu)異品質(zhì)，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(quán)法對(duì)樣本的權(quán)重進(jìn)行較正是一種行之有效的方法。

電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)量眾多、情況復(fù)雜的集合體，而不同類型的數(shù)據(jù)具有不同的物理含義和不同的影響程度，而在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，這些數(shù)據(jù)又隨運(yùn)行狀態(tài)的不同呈現(xiàn)出較大的隨機(jī)性，這給評(píng)估帶來了一定的難度，因此，為了使評(píng)估模型的建立相對(duì)簡(jiǎn)單可行，采用集約化的方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化是必要的。

對(duì)集合內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)采取一定的方法約束進(jìn)一定的理論空間內(nèi)的方法就是集約化。在本研究中，采用隨機(jī)近似法來實(shí)現(xiàn)集約化。具體的操作過程是，隨機(jī)采集若干組運(yùn)行數(shù)據(jù)組成集合組，分析這些數(shù)據(jù)，相近似的數(shù)據(jù)選取其中間值來代替，形成一組數(shù)據(jù)，以此方法，形成一組一組的數(shù)據(jù)，組成信息集合。

在電力系統(tǒng)中，電能質(zhì)量的某項(xiàng)指標(biāo)變化越劇烈，其不確定因素越多，對(duì)電能整體質(zhì)量的影響也越大。而對(duì)于信息熵的概念來說，某一項(xiàng)指標(biāo)變化越隨機(jī)、越劇烈，其信息熵就越大，而權(quán)重也相應(yīng)就高，所以電能質(zhì)量的指標(biāo)模型體系完全可以采用信息熵理論來較正相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

2 電能質(zhì)量綜合評(píng)估目標(biāo)函數(shù)的確立

經(jīng)過以上分析，可以確定電能質(zhì)量綜合評(píng)估目標(biāo)函數(shù)為[2]：式中：為第組運(yùn)行樣本集合，以集約化數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；為第組數(shù)據(jù)的權(quán)重；ε為專家較正系數(shù)。

3 基于Android的監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為了適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)控功能的要求，本設(shè)計(jì)完成了基于Android的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如圖1所示，該系統(tǒng)由三部分組成，分別為底層數(shù)據(jù)采集模塊、中間通信模塊和上層監(jiān)控模塊。底層數(shù)據(jù)采集模塊由分布式電源運(yùn)行狀態(tài)采集子系統(tǒng)組成，采用傳感器加單片機(jī)運(yùn)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(wǎng)或CAN總線形式，所有的數(shù)據(jù)集中傳輸至中間層通信網(wǎng)關(guān)。中間層通信模塊主要由通信網(wǎng)關(guān)、通信網(wǎng)絡(luò)(Internet)、服務(wù)器等部分組成。通信網(wǎng)關(guān)由Motorola 32位單片機(jī)來擔(dān)當(dāng)，主要任務(wù)是完成底層通信與中間層通信的協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的傳輸。上層監(jiān)控中心由監(jiān)控中心和移動(dòng)監(jiān)控端組成。該分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)可以完成電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，完成分布式電源系統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙視等“五遙”功能，具用靈活性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)的基本特點(diǎn)。

圖1 分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

移動(dòng)終端采用Java語言實(shí)現(xiàn)了基于Android的遠(yuǎn)程監(jiān)控。具體過程為由傳感器實(shí)時(shí)采集電源的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并由底層通信模塊和中間層通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端。服務(wù)器端數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算并上傳至監(jiān)控中心。移動(dòng)終端用戶通過服務(wù)器端的驗(yàn)證后，獲得客戶端的所有功能，一方面可以完成電源運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢，另一方面發(fā)出控制命令，發(fā)至服務(wù)器后傳至下層執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成遠(yuǎn)程的控制。

電能質(zhì)量的評(píng)估模型利用C語言編寫，并在服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，以保證評(píng)估的可靠性和及時(shí)性。

手機(jī)終端定時(shí)刷新接收數(shù)據(jù)的程序?yàn)椋?/p>

4 總結(jié)

本文采用基于樣本集約化的熵權(quán)法對(duì)分布式電源的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上依據(jù)電源種類形成不同的監(jiān)控模型，建立了相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，形成了有效的監(jiān)控算法。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三層分布式電源監(jiān)控系統(tǒng)，其核心是處于中間層的服務(wù)器，完成了電能質(zhì)量評(píng)估計(jì)算及運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制命令轉(zhuǎn)發(fā)的功能，并利用Android提供的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)電源系統(tǒng)的智能化遠(yuǎn)程控制。結(jié)果表明：該系統(tǒng)運(yùn)行可靠、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、易擴(kuò)展，適用于智能控制系統(tǒng)。

[1]張喆.含分布式電源的配電系統(tǒng)電能質(zhì)量概率評(píng)估[D].秦皇島：華北電力大學(xué)，2013：66-67.

[2]張海明.利用信息熵法實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的分析和處理[D]．昆明：云南大學(xué)，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?yàn)殡娮有畔⑴c計(jì)算機(jī)軟件。