基于C#的微電網電能質量監測系統的研究與設計

樊東亮 白俊平 朱春穎 聞娜 黃亮 王健

摘 要：隨著新能源技術的發展，微電網已成為電力系統重要組成部分，但由于其能源的間歇性，易造成電能質量下降。針對這一問題，該文設計了一種基于C#的微電網電能質量檢測系統。基于STM32F429芯片的MCU將采集到的電能數據處理后，利用無線網絡將數據發送至上位機，基于C#開發的上位機利用C/S模式與MCU通信，并將數據存儲于服務器中，為后續提高電能質量提供數據支撐。運行表明該系統準確、快捷，實際應用效果良好。

關鍵詞：微電網 STM32 C# C/S

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

1 系統結構

此設計方案主要由3個層次結構分別是主站層（主要包括上位機、服務器和工作站）、通信層（主要實現數據傳輸）和遠動層（MCU數據采集終端）。

2 MCU（數據采集終端）硬件結構

硬件結構主要是由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）、以太網通信、電能數據采集、傳感器等模塊。主要實現對光伏、風力和儲能設備的電氣量參數進行實時數據采集，并將數據上傳至上位機進行處理。

3 上位機通信程序設計

上位機通信程序依托C#編程語言，采用TCP/IP協議，調用套接字Socket來實現。

3.1 Socket通信

Socket是一種網絡上跨平臺的進程間的通信機制，它是應用程序的基石[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、無重復的數據流。

（2）數據報套接字，用UDP提供雙向數據流，但不保證是可靠、有序、無重復的。

為了保證可靠的數據傳輸，程序采用TCP協議的流式Socket。首先服務器初始化，通過調用socket（）建立一個套接字，然后調用bind（）將該套接字和本地網絡地址聯系在一起，再調用listen（）使套接字做好偵聽的準備，并規定它請求隊列的長度，之后就調用accept（）來接收連接。客戶在建立套接字后就可以調用connect（）和服務器建立連接。連接一旦建立，客戶機和服務器之間就可以通過調用write（）和read（）來發送和接收數據。數據傳送結束后，雙方調用Close（）關閉套接字。其流程圖如圖1所示。

3.2 多線程技術

傳統的應用程序主要以單線程形式運行，即程序的運行控制權由單個線程獨占來完成所有任務。如遇到復雜任務時，就會造成響應速度慢的問題。多線程技術可以利用CPU的空閑時間片，用較少的時間對用戶做出響應，這樣可以更好地利用系統資源，提高整體運行效率[2]。因此，該系統上位機采用多線程技術，通過區分不同的Socket，從而實現各通信間同時進行，互不干擾，提高CPU的利用率。部分C#服務器程序如下。

（1）服務器初始化。

int port = 2000； //定義偵聽端口

TcpListener tcplistener = new TcpListener （ port ） ； //實例監聽

private bool listener= true； //設定監聽標示位，判斷偵聽狀態

Treading Tread tcpServerTread； //創建線程，接收信息

（2）服務器開啟循環監聽。

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

tcpServerThread.Start（）；//啟動線程

private void listen（）

{

while（listener）

{

tcplistener.Start （ ） ； //開始監聽

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

}

}

4 工作站軟件設計

該系統軟件設計依托C#編程平臺主要實現功能包括以下幾方面。

（1）SCADA（數據采集與監視系統）。管理人員通過軟件操作界面查看、監測微電網中各分布式電源（風力發電、光伏發電和儲能設備）、母線、負荷等電氣量（電壓、電流、功率等）。同時展示微電網系統網絡拓撲結構，使管理人員深入了解系統運行情況。

（2）事件信息管理。主要提供故障系統告警、查詢等功能，為用戶維護設備提供服務。

（3）氣象及發電量預測。該系統可通過網絡接口訪問中國氣象網，查詢當前和未來氣象信息，利用該信息預測短期設備發電量，為系統穩定運行提供最優方案。

（4）用戶信息管理。主要包括操作員姓名、電話、操作權限等功能。

（5）報表管理。主要包括電能質量信息綜合分析報表、歷史數據報表等功能。

5 結語

該文設計了基于C#的微電網電能質量監測系統，通過遠程實時監控微電網中光伏發電、風機發電、儲能設備和負荷的電壓、電流、功率等電能參數，保障電網良好的電能質量，為系統的可靠性運行奠定基礎。運行表明，該系統具有實時性好、方便、快捷等特點，具有很高的實用價值。

參考文獻

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

[2] 蘇玲，張建華，王利，等.微電網相關問題及技術研究[J].電力系統保護與控制，2010，38（19）：235-239.