基于TCP/IP的智能微電網負載管理系統設計*

唐黃正，陳文科，朱志偉，楊 述

（長沙民政職業技術學院，湖南 長沙410004）

在傳統方案中，如果小電網站無法向用戶提供電能，唯一的解決辦法就是減少負載，從負載中移除電力供應，以保持系統的穩定[1]。現如今，傳統方案被“智能減載（ILS）”方案所取代，該方案通過引入傳輸控制協議（TCP/IP）進行數據傳輸，不僅響應速度快，而且能根據優先級管理特定負載的下降，并能準確預測可用發電量的變化[2]。

本文從以下四個方面進行闡述。第一部分使用TCP/IP對ILS進行設計，該協議可以提供智能網絡以實現快速數據傳輸；第二部分介紹了具有智能控制能力的微電網智能控制網絡；第三部分是利用MATLAB/Simulink進行了仿真；最后對結果進行了討論。

1 基于TCP/IP平臺的ILS設計

如圖1所示，首先，微電網產生恒定功率，并提供給中央控制器，中央控制器快速動作并以位的形式向本地控制器發送信息，這些控制器使用計算引擎連接到各自的客戶端。在本地控制器接收到有用的信息后，被發送到客戶端，用于切換負載斷路器，以實現智能減載。在這里，所有的信息都是通過TCP/IP平臺進行交換的，因為TCP/IP以合理的方式控制著電力系統的傳輸、需求、分配、負載管理和功率。延遲會使電力系統變得不穩定。因此，數據傳輸應采用可靠的介質，帶寬大、速度快，通道響應快。為了實現這一點，TCP/IP是互聯電力系統的首選協議，它不僅能提供高帶寬，而且響應速度快；第二，它是面向連接的協議，數據流量能夠保證安全。

圖1 基于TCP/IP平臺的ILS設計框圖

2 微電網智能控制網絡

圖2是微電網在服務器客戶端場景中的智能控制網絡示意圖。微電網是一種小型的網絡，既有可再生能源，也有以受控方式與之相連的發電源[3]。非自治形式的微電網比獨立的微電網具有更高的可靠性。該智能控制網絡有一個微電網中央控制器，有一個強大的通信網絡，本地控制器作為客戶端。雙方之間的有用信息通過TCP/IP平臺進行傳輸。微電網與公用事業公司連接，可穩定運行，并向用戶提供高質量的電力。

圖2 微電網智能控制網絡示意圖

3 微電網智能控制網絡MATLAB模型

本文定義了兩個控制器，一個主控制器充當服務器，另一個作為客戶端的輔助控制器。TCP/IP網絡通道在整個網絡中廣泛分布，要卸載的負載由服務器決定，這些有用的信息通過TCP傳輸到本地控制器的客戶端，如圖3所示。并且在服務器中定義了負載的優先級，借助TCP/IP實現了ILS的快速決策。

圖3 微電網智能控制網絡MATLAB模型

4 微電網智能控制網絡MATLAB仿真結果

圖4解釋了從發電源產生的功率的性質，這是恒定的，因為系統只能接受恒定的輸出，因為它不會根據變化的功率做出準確的決定。它還表明，它需要很短的時間來產生恒定的輸出。如果源電壓幅值要改變，那么輸出也將以同樣的方式變化。

圖5顯示了服務器向客戶端生成的信息。10ms是數據從服務器傳到客戶端，最后通過TCP/IP平臺到達負載斷路器所用的總處理時間。一個“1”信號在10ms時被接收，因此該位置的斷路器將保持閉合，連接到它的負載將正常工作。

圖6顯示了服務器傳遞給作為負載的受信任客戶端的信息。

圖7和圖8中顯示了在負載斷路器接收到控制信號后流過負載斷路器的電流和電壓信號，之后將為連接的斷路器清除故障線路。因此，當響應速度快且能根據所需條件精確響應時，系統就變得智能化了，智能化體現在系統只對真實狀態做出響應。

圖4 微電網電源傳遞給服務器

圖5 總處理時間

圖6 服務器傳遞信息

圖7 負載斷路器接收電流控制信號后響應

圖8 負載斷路器接收電壓控制信號后響應

5 結束語

無論是在電力系統或通信系統等領域，智能負載管理都是必不可少的，因為沒有智能負載管理系統，信息往往會被誤讀，可能會有意外事件發生。系統的智能性在于控制器，控制器是系統的大腦，它監視和控制整個網絡。在電力系統中，當電力供應不足以滿足所連接負載的需求時，哪些負載在接通或斷開位置被切換就非常依賴于智能負載管理了。