储能监控系统软件平台设计和开发

储能监控系统软件平台设计和开发目录1024611220240001学校代码: 学 号:硕士学位论文(专业学位）储能监控系统软件平台设计和开发院系：计算机科学技术学院专业：计算机技术姓名：白纪军指导教师：杨夙教授目录m 1ABSTRACT2第一章绪论31.1论文背景及意义31.2国内外的研究现状31.3本论文研究目的和内容51. 4本论文的特色和创新点51.5本论文的章节结构6第二章储能监控系统需求分析与总体设计82.1储能监控系统需求分析82.2储能监控系统的总体设计122.3本章小结15第三章系统开发相关技术分析173.1系统设计模式的选择173.2开发工具选择183.3数据库选择193.4本章小结21第四章储能监控系统数据库的设计及模块功能开发224.1储能监控系统数据库设计概述 224.2储能监控系统数据表的设计224.3历史数据与事件査询234.4本章小结26第五章通讯服务器在系统中的地位和作用275.1通讯服务器的作用275.2规约转换功能285.3齐备标准协议库295.4非标准通讯协议支持功能305.5虚拟端口功能305.6可编程逻辑控制和规约在线分析功能315.7 Modbus通讯协议简介 325. 7.1协议描述335. 7.2公共功能码定义345. 7.3循环冗余校验（CRC) 355. 8本章小结38第六章客户端软件设计及实现396.1数据采集模块396.1.1通讯链路的建立与维持396.1.2召测命令的下发416.2数据处理模块436.3数据显示模块446.4用户事件处理496.5事件告警526.6数据存储模块556.7本章小结57第七章负荷预测及储能控制策略的设计与实现587.1满充放及电池容量标定控制策略587.1. 1控制策略概述587.1.2控制流程587.1.3程序流程图597.1.4液流电池储能系统2012年9月满充满放测试597.2恒功率/恒电流按时间控制策略607.3固定运行模式控制617.4光储协调控制策略627.5负荷预测与削峰填谷充放电控制策略647.6本章小结68第八章储能系统的经济社会效益分析698.1储能系统的经济效益分析698.2储能系統的社会效益分析698.3本章小结70第九章论文总结与进一歩工作展望719.1论文总结719.2进一步的工作展望72参考文献.73St f74储能监控系统软件平台设计和开发摘要摘要储能监控系统软件平台是储能系统的一个组成部分，是储能系统的监控中心, 储能监控系统监视储能设备的运行状态，控制储能系统的运行。本论文介绍了储 能系统应用的背景以及国内外研究的现状,分析储能监控系统的功能需求和总体 设计方案，介绍了系统开发的相关技术，确定软件开发模型、软件开发平台和采 用的数据库管理系統。储能监控系统软件平台的设计和开发，从数据库、通讯服务器、用户客户端 软件以及系统控制策略四个方面着重论述，储能监控系統的开发及实现，使用户 能够监视储能系统各功能単元的远行状态,控制储能系统的运行，分析历史数据， 实现对储能系统的运行评估。关键词储能监控系统，就地监控系统，远程监控系統，储能控制策略，储能 经济效益，储能社会效益中图分类号TP3储能监控系统软件平台设计和开发第一章绪论ABSTRACTThe storage monitoring system software is a part of the energy storage system. It is the monitoring center of the energy storage system.The software monitors the energy storage devices running stat.us and controls the operation of the energy storage system. This thesis describes the background of the energy storage system applications as well as domestic and foreign research status quo. The thesis analysis functional requirements and overall designof the energy storage control system. The thesis describes the system developed technology, determine the model of software development , the software development platform, and the using of the database management system.Storage monitoring system design and development of software platform focuses on four aspects: database, communications server, user client software and system control strategy. By the energy storage monitoring system, Users can monitor the system running states, control the system running, analysis the historical data andassessments the energy storage system.Keywords Storage monitoring system, Local monitoring and control system, Remote monitoring and control systems, Energy storage control strategy, The economic efficiency of energy storage, Energy storage and social benefitsClassification Code TP3第一章绪论1.1论文背景及意义最近几年，由于能源危机、环境问题，国家重视绿色能源的发展，可再生能 源发发展迅猛，从最近发布的能源发展十二五规划中明确提出，到2015年，非 化石能源消费比重提高到11.4%,风能发电装机规模达到1亿千瓦，太阳能发电 规模达到2100万千瓦，生物质能发电规模达到1300万千瓦。推动能源供应方 式转变，重点发展分布式能源、智能电网、新能源汽车供能设施，大力推广新型 供能方式，接高能源利用效率，其中最主要的就是分布式能源的建设。我国新能 源资源主要分布在偏远地区，新能源发电自身又具有随机性，如果大規模发展， 会影响对电网的安全稳定运行13。电池储能在很大程度上解决了新能源发电的波动问题和随机性的特点，储能 技术可以实现新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电过程中引起的电网电 压、频率及相位的波动，能够使大規模风电及太阳能发电可靠地并入电网，提高 电网的稳定性2。发展大规模的储能技术，储能系统监控是其中的关键技术之一。储能监控是 整个储能系統的高级控制中心，负责监控储能系统中各个储能设备的运行状态， 保证储能系统处于最优的工作状态。储能监控是联系电网调度和储能系统的桥梁, 一方面储能监控系统要接收电网调度指令，可与负荷预测系统相互配合，实现各 种储能控制策略，另一方面把电网调度指令按事先设计好的算法，分配至各个储 能支路，提高设备的运行寿命，同时监控整个储能系统的运行状态，分析运行数 据，确保储能系统处于良好的工作状态15。随着储能电站数量的不断増加和储能 设备的成熟，未来的储能电站都将会向智能化、无人值守的方向发展，一座储能 电站对电网所起的作用非常有限，如何把各个分散的储能电站集中起来控制，统 一调度，更大限度的发挥每个储能系统的性能，体现储能电站整体优势，这更加 凸现出储能监控平台在储能系统中的协调控制作用2。1.2国内外的研宄现状国内研究概况：为加速推进发展我国城市电网储能技木，国家电网上海电力 公司决定在上海市漕溪综合能源转换基地建设“城网大容量储能试验园区”，并 3储能监控系统软件平台设计和开发第一章绪论将该试验园区作为今后大容量储能研究实验分析的基础及今后为储能实验室使 用作准备，园区内将安装100kW/280kWh锂电池、100kW/230kWh镍氢电池、 100kW/80kWh铁锂电池组各一套。同时把嘉定白银站的100kW/800kWh钠硫电池 储能系统和崇明前卫村的10kW/20kWh钒液流电池储能系统的运行数据接入综合 能源转换基地，实现统一运行管理。储能管理系统是风光储系统的一部分。对下 监控各储能设备的运行情況，对重要的数据定时的记录，以图形化的方式，显示储 能系统的运行状态,下发控制指令，使系统按照指定的工作模式运行，对上接收风 光储系统的调度指令，把调度指令结合当前各储能系统的状态下发到各储能子系 统，实现风光储系統的联动15。与之相关的系统还包括视频监控系统、电能质量 分析系統，各系统间在物理设备上相互独立，储能系统可以通过客户端或是浏览 器访问与储能系统相关的数据如电池、PCS的监控画面以及与电能质量的相关数 据。會备會舍會备 會會舍士會Power Lines 电力线M. Communication and Control Links 通ffic控制_国外研究概况：美国电力公司针对分布式储能编写了 Functional Specification For Community tnergy Storage(CES) Unit Revision 2.2。如 图1-1所示16:Station / FeederCES区域控制中心Utility DistributionLoad DataCES Regional 一ControlDispatch CenterSA/SSSS荷数据分布式e制中t、图1-1 CES通讯和控制层次结构图社区储能单元由储能控制単元和储能电池组构成，这些社区储能单元与临近 电站的变压器相连且能接受社区区域控制中心的集中管理和控制。每一个社区储 能単元能够根据地区变电站或馈线负荷情況的接受控制中心的充、放电动作。区 域控制中心又接受分布式控制中心的管理，地区的需求由控制中心管理，这类似 于一个整体平台，控制中心由硬件和软件组成，通常被布置在变电站内或是离社 区储能单元馈线较近的位置。集成监控平台具有更广泛的应用，也可能包括其他 分布式资源16。储能监控系统软件平台设计和开发第一章绪论1.3本论文研宄目的和内容本论文是在查阅了大量相关图书和文献资料,根据在參与上海市电力公司储 能项目建设的过程中的工程实践经验，对一系列问题进行了详细的分析，将监控 系統的系统的设计与实际储能系统建设过程遇到的问题相結合，实现了一套提髙 储能高效运行的监控系统。本论文主要研究内容如下：(1) 确定储能监控系统平台软件的功能需求，完成系统功能的总体设计 工作，确认各模块的主要功能及模块之间的接口规范。(2) 选择软件开发模型、软件开发平台和数据库管理系统。采用迭代式 开发模型作为系统开发的软件模型，以LabVIEW作为软件开发平台，用MySQL 作为数据库管理系统，来实现储能监控平台的设计和开发。(3) 数据库设计及相关功能模块开发，完成了数据表结构的设计，历史 数据和历史事件查询功能模块设计与开发，实现历史数据的保存、查询与数据分 析功能。(4) 论述了通讯服务器在系统中的地位，介绍了主要功能，对系统中采 用的最常用的通讯协议做了简单介绍。(5) 客户端软件的设计和开发，是本论文的核心内容，对重要的功能模 块，从功能描述，到实现该功能的程序流程图，软件程序框图，都给出了详细的 论述。(6) 负荷预测和储能系统控制策略，是实现储能系统各种应用功能的基 础，针对不同的应用模式，储能系统的控制策略也会有所不同，有些还涉及到负 荷预测的功能。经济效益和社会效益的计算，以整个储能系统作为分析対象， 简要论述了这二个方面的内容。1.4本论文的特色和创新点(1) 理论研究和工程实践相结合。本论文所提到的许多研宄内容，是在参 与储能工程项目建设过程遇到和逐步解决的,研究内容具有很强的实用性和工程 实践基础，很多研宄内容可以直接用于工程实践，此外，随着对相关内容的深入 研究，又可以反过来提高理论知识，在后续的储能监控系统软件平台的设计和开 发过程中站在更高的理论高度和知识水平来设计和开发。(2) 微创新和成熟技术相结合。一个新平台的开发，不是从零开始的，是 在原来成熟的技术基础上，从整体设计出发，进行微创新，这样即可以保证新平 台的稳定性和可用性，又能实现新平台的先进性。如本论文提到的第五章内容， 大部分在是当前成熟的系统之上进行二次的开发和应用。5储能监控系统软件平台设计和开发第一章绪论(3) 系统设计和开发采用迭代式开发模型。这种开发模型从最基本的功能 需求开始，每一步都能实现可用的软件系统，从系统设计目标和用户反馈的结果 进行下一次的迭代开发，保证的系统的可用性和功能的逐步完善。(4) 采用图形化开发工具LabVIEW作为主要开发台，缩短了开发周期，提 高了工作效率。系统开发平台提供了大量可用的控件和功能模块，为系统功能模 块的开发节省了大量开发时间，提高了工作效率，平台的开放性，又为其它成熟 技术应用到平台开发提供了接口，图形化的代码开发，也为整个系统的开发提供 的很大的帮助。1.5本论文的章节结构本论文总共分为九章，各章节主要的内容如下：第一章结论主要论述了论文背景意义，国内外的研宄现状，本论文研究的目的和内容、 本论文的特色和创新点以及论文的章节结构等内容。第二章储能监控系统需求分析与总体设计系统需求分析从就地监控系统功能需求分析到远程监控系统需求分析，以及 系统的非功能性需求分析和系统主要使用者的需求分析，论述了系统需求分析各 方面的内容。系统总体设计方面，论述了系统设计目标、原则、系统模块化的设 计思想等内容。第三章系统开发相关技术分析主要论述了系统设计开发模式的选择、系统开发工具选择以及数据库的选择 等方面的内容，讲述了为什么采用迭代式开发模式，LabVIEW开发平台具有的优 势，MySQL作为数据库的好处等。第四章储能监控系统数据库的设计及模块功能开发论述了影响数据库设计的因素、数据库的设计步骤、数据表的设计，以及历 史数据与事件查询功能模块的实现。第五章通讯服务器在系统中的地位和作用主要论述了通讯服务器的作用及各项功能，为方便对客户端软件相关章节的 理解，对Modbus通讯协议作了简单说明与解释。第六章客户端软件设计及实现本章是储能监控系统软件平台设计和开发的主要章节，以全钒液流电池储能 监控系统的设计与开发为列，详细介绍了软件的各个功能模块以及主要功能模块 的软件流程图、程序设计框图等内容，对相关的用户界面作了说明。储能监控系统软件平台设计和开发第二章储能监控系统需求分析与总体设计第七章负荷预测及储能控制策略的设计与实现本章论述了储能控制策略及负荷预测的方法，控制策略部分对储能系统常用 的控制策略做了论述。第八章储能系统的经济社会效益分析本章主要论述了储能系统的经济效益分析及评价方法。第九章论文总结与进一步工作展望总结了本文主要的研究成果及主要工作任务，阐明了存在的问题，并对下一 步的工作改进计划做了展望。9第二章储能监控系统需求分析与总体设计2.1储能监控系统需求分析软件需求是一个为解决特定问题而必须由被开发可被修改的软件展示的特 性。这个问题可能是使用软件的某人的任务中的一个自动化部分，或是委托开发 软件的组织的业务流程，或修正当前软件的缺点，或是控制一个设备等。需求分 析涉及分析需求的过程，其目的是检测和解决需求之间的冲突，发现软件的边界， 以及软件与其环境如何交互，详细描述系统需求。描述需求必须仔细，应该能精 确到能确认需求，验证需求的实现，估算需求的成本1。储能监控平台是储能系统的重要组成部分，负责监视储能系统的储能并网装 置（PCS)和电池管理系统（BMS)的运行情况，通过储能监控平台，可以实时了 解电网側、电池侧的运行情况，并把信息进行分类、处理，以不同的形式（如报 表、曲线、柱状图、动画等）进行显示，以方便直观的方式，方便运行维护人员 实时了解系统的运行状态，做出最优的充放电策略；同时，对重要的数据进行分 类整理、存储，方便运行维护人员对系统各部分进行研究评估，储能系统各功能 模块间的相互关系及信息交互如图2-1所示。储能监控系统平台还是电网、风能、 光能等各倩息系统平台与储能系统的接口，通过对信息系统进行数据汇总，才能 对设备运行情况进行分析，真正发挥储能系统在新能源及智能电网中的重要作用， 实现储能系统作用和价值15。电网负荷预测 风能、光能信息远栉监视数x作.昨站工作換式允放电策略 门限进变电站系统K S:数掘V:.:-3，1C3G茇孕储能H故坩丨舱池绀.池.电.能储%呶池倍息BMSIBMSV2G系统asn电池数据图2-1储能系统中各功能模块间的信息交互15为实现储能电池系统及储能并网装置相关的状态监控，数据采集，需要各系 统间进行有效的配合与通讯。同吋，就地监测系统还需要上传相关信息到储能电 站监控系统，对于就地监测系统涉及到的各个部分，概述如下9。(1) 就地监测系统与电池管理系统（BMS)之间的通讯电池管理系统上传电池信息，如单体电池电压、直流端电压、充放电电流、 SOC、SOH、电池模块温度及电池充放电控制參数以及电池告警信息等，至就地监 测系统。就地监控系统会对这些信息进分类，一般的、非紧急信息就地保存，重 要的、紧急信息上传远程监控系统和电网调度中心。就地监控系统可设置对电池 管理系统的保护參数，当出现紧急故障吋，可切断与储能并网装置（PCS)的开 关，保护系统的安全运行。(2) 就地监控系统与与电动汽车储能系统（V2G)之间通讯电动汽车内有动力电池，这在本质上与电池储能系统没有根本的区別，电动 汽车储能系统也有其自身的特点，如电池容量相对较小，放电的深度还要考虑到 汽车电池还要为汽车提供动力，在大多数情況下，不能放完，要设定一个下限值，储能监控系统软件平台设计和开发第二章储能监控系统需求分析与总体设计汽车也具有移动性，接在同一个地方的车辆，每天可能是不同的，所以在处理这 类问题时，比单纯的储能系统要杂，在充放电策略控制方面，要充分考虑不同车 车所处的不同状态，以及用户对车设定的可放电的限值。(3) 就地监测系统与储能并网装置(PCS)之间的通讯储能并购装置上传设备告警信息、开关量信号、电压、电流、功率等信息至 就地监测系统再转发至远程监控系统，远程监控系统根据系统应用策略下达运行 策略信息、控制信息等至储能并网装置，储能并网装置执行下发的策略。储能并 网装置是储能系统控制逻辑执行机构，是连接电池与电网的装置，其性能影响了 整个储能系统的稳定性和转换效率，与傭能并网装置的通讯是系统中最重要的一 部分。(4) 就地监测系统与远程储能监控系统间的通讯就地监控系统实现储能系统的就地监控功能，可就地监视、控制接入设备的 运行状态，控制其运行方式，同时就地监测系统的相关信息需上送远程储能监控 系統，同时，响应远程监控系统的控制指令，执行下发的控制策略等。(5) 就地监测系统与变电站系统之间的通讯就地监控制系统与变电站系统之间的信息交互，主要是采集电度量信息，如 充电电量、放电电量等。另外也可采集与储能相关的断路器状态，为系统运行人 员提供与储能系统相关的各种信息，辅助控制策略的制定的指令的下发。2.1.1就地监控系统功能需求(1) 就地监控系统通过以太网或是串行通讯口（如RS485或RS232)与储 能并网装置和电池管理系统通讯，实时采集储能并网装置和电池管理系统的遥信、 遥测数据，采集的周期可根据系统需求设定，也能根据不同的数据信息等级设定 不同的采集周期，井能接收远程储能监控系统的遥控命令。(2) 就地监控系统应具有友好的人机界面，能够在画面上实时显示储能 并网装置和电池管理系统的实时运行信息，能够在画面上对储能并网装置和电池 管理系統的可控数据进行遥控、参数设置。(3) 就地监控系统能对储能并网装置和电池管理系统的运行信息进行历 史存储和查询，井能以报表和曲线的形式呈现给运行人员。(4) 就地监控系统留有与远程储能监控系统的接口，通常采用以太网方 式，能够将电池储能系统的实时数据传送至远程储能监控系统。分别可以104规约和Modbus TCP/IP规约与远程储能监控系统之间通信。(5) 就地监控系统应能够接收来自于远程储能电站监控系统的控制指令, 能够设定或调整电池储能系统的运行状态与运行方式。(6) 就地监控系统应能够监控设备房间的环境温度和湿度。(7) 事件告警功能提供开放的、智能事件告警功能。(8) 就地监控系统具有储能电池充、放电次数的历史统计与查询的功能。(9) 就地监控系统应具备就地功率分配功能，根据远程监控系统下发的 功率控制指令，结合电池组当前的状态，合理高效的分配运行功率到每一个电池 支路。2.1.2远程储能监控系统功能需求远程储能监控系统包含有以下几个方面的功能25:(1) 数据采集与处理功能：监控后台采集储能系统的运行状态，运行数 据，报警代码等内容，通过软件处理，将电池、PCS等运行状态，运行数据，报 警代码等内容可视化输出。(2) 控制功能：监控后台根据上级电网调度指令，或是通过高级分析功 能，实时决定储能系统与可再生能源发电站联合调度的出力指令，控制PCS装 置对电池储能系统的充电和放电进行控制。(3) 报警功能：根据系统的要求进行报警功能的设计，要求能进行声光 报警和电话或手机报警。(4) 画面显示：通过监控工作站主机显示储能系统各种运行信息画面， 显示内容主要包括储能系统、PCS、BMS、开关等的运行状态，充放电量，电池信 息和设备及环境温度等參数，各测量值的实时数据，各种报警信息，计算机监控 系统的状态信息。(5) 数据统计：根据实时数据进行分析，计算和统计。汇总储能系统的 运行时间，有功，无功，电池S0C,电池状态等参数，电量日/月/年最大值/最 小值及出现的时间、日期。设备的故障报警统计和故障统计。(6) 打印功能：能够打印所需的数据报表。包括：定时打印运行数据； 根据运行人员的要求打印相应画面；打印储能电池状态变化，控制系统异常和报 警的时间及内容。C7)权限管理：具有操作权限等级管理，当输入正确操作口令和监护口 令才有权进行操作控制、參数修改，并将信息给予记录，并具有记录操作修改人， 操作修改内容的功能。储能监控系统软件平台设计和开发第二章储能监控系统需求分析与总体设讣2.1.3储能监控系统设计的非功能性需求(1) 储能监控系统的易使用性运行人员无需经过专门的操作培训，就可根据用户界面的提示，完成本系统 的基本操作,应在重要操作步骤提供简短说明信息或提示信息，避免各种误操作。(2) 储能监控系统的可扩展性远程储能监控系统采用模块化系统设计的思路，保证系统开发过程中功能和 模块接口的标准化，具有良好的可扩展性，以适应不同类型的储能电池系統的接 入，支持常用的通讯协议和通讯接口类型，对新的通讯协议，接供可接入的接口， 为后期系统的接入提供方便。(3) 储能监控系統的可维护性储能监控系统应提供良好的系统可维护性，系统维护功能用户界面简单友好， 只好要简单的操作就可完成对储能系统的日常维护。(4) 储能监控系统的安全性储能监控系统在设计时就应全面考虑安全方面的问题，建立完善的用户验证 机制，提供完全的授权机制，不同的角色应具有不同的用户权限，保证不同角色 的用户只能进行相关权限范围内的操作，建立完备的系統日志记录功能，以便系 统管理员对系统运行状态进行监控。2.1.4系统主要使用者需求(1) 系统展示功能2有些储能系统作为科技项目立项，监控系统除完成最基本的功能需求同时， 应具有专业的用户界面，向专业人员和非专业人员清晰展示系统运行状态、主要 功能，各种统计信息,可以使参观者在短时间内了解储能系统的功能和运行状态。(2) 运行工作人员2运行人员可查看系统基本信息、实时监测、告警查询与处理、历史数据查询 及运行报表生成等功能。(3) 系统维护人员系统维护人员可查看与配置系统通讯状态、基本信息修改、用户权限设置与 修改、数据库的备份与恢复等操作。2.2储能监控系统的总体设计2.2.1储能监控系统的设计目标储能控系统软件设计目标，是以国家电网上海电力公司在上海市漕溪综合能 源转换基地建设“城网大容量储能试验园区”为设计目标，并以该试验园区作为 今后大容量储能研究实验分析的基础及今后为储能实验室使用作准备，园区内将 安装100kW/280kWh锂电池、100kW/230kWh镍氢电池、100kW/80kWh铁电池组各 一套。同时要把嘉定白银站的100kW/800kWh钠硫电池和崇明前卫村的 10kW/20kWh钒液流电池的运行数据接入综合能源转换基地。实现对下能够监控 各储能设备的运行情況,对重要的数据定时的记录，以图形化的方式，显示储能系 统的运行状态，可下发控制指令，使系统按照事先设定的工作模式运行,对上接收 风光储系統的调度控制指令，实现储能系统的各种应用模式。2.2.2储能监控系统的设计原则为了实现储能监控系统的设计目标，系统在设计的时候考虑了以下原则：(1) 迭代式的系统设计原则在系统设计时，采用迭代式的设计模式，每一步的设计都有可运行的系统提 供给用户，根据测试情况和用户对系统使用情况的反馈，及时调整系统结构和下 一歩的开发计划，保证了每一个阶段系统都是可用的，避免了在系统开发的后期 对系统整体结构再进行大的调整的风险。(2) 原来的成熟技术与当前先进技术相结合的原则每一项新技木，都是在原有技术基础上进行的改进和提高，在整个系统设计 的过程中，保留了一部分经过工程实践的成熟技木，如下文第五章提到的用VC+ 开发的通讯服务器软件，是经过工程检验，成熟可靠的产品，用在本系统的集成 开发过程中，保证了系统的稳定性。在客户端软件的设计过程中，采用了 LabVIEW 作为开发工具，大量引进了现成的控件作为客户端软件界面元素，提高了系统设 计的效率。(3) 系统的可扩展性原则储能系统的中的很多智能设备，大部分都是根据工程项目要求订制的非标准 的产品，在系统调试的过程中，可能会根据系统需求，添加或删除某些功能，所 以在储能系统设计的过程中，要充分考虑到这种不确定性的需求变化，为系统将 来可能的新需求预留接口，方便功能扩展和系统升级，提高系统的适用能力。2.2.3储能监控系统的模块化设计储能监控系统在设计的过程中，采用模块化设计思想，这种设计思想，使软 件的整体结构更加清晰，功能明确，方便系统开发人员的分协作，系统的测试 13储能监控系统软件平台设计和开发第二章储能监控系统需求分析与总体设计和维护也比较简単，如图2-2所示，列出了通用储能监控系统的部分功能模块及 各模块的间层次关系。各功能模块的描述如下，第六章会对部分功能模块的具体 实现做详细的论述1815。通讯接口歎据采集败獬处理数据存储数据査询遥控命令控制策略事件与报瞥用户管理用户报表棋拟量败字最曲线柱状8棋拟暈电度量启动自定义棋式因定棋式1i添加1m除I功率棋式搴件査诲储能监控系统软件图2-2储能监控系统功能模块图15(1) 通讯接口储能管理系统与子系统之间采用RJ45网络口連接,采用TPC/IP协议交換数 据。不同的智能设备，可能有不同的通讯接口，如以太网口，串行通讯口，CAN 总线等等，对于不同的接口，需要不同的硬件设计对这些接口做统一的转换，在 本监控系统开发的过程中，最终转换的模式统一为以太网接口，这样在做软件设 计的时候，就不需要针对每种接口做相应的软件开发，接口的转换实现都是由硬 件设备来完成。(2) 数据采集数据采集功能，通过发送召测命令，轮流收集各子系统的运行的数据，并做 相应的分类处理，稱据上级系统请求，发送相应格式的数据。因为有多个智能设 备，各智能设备对数据实时性要求是不同的，如并网装置数据刷新的速度要求， 就要比计量表的高，所以在系统设计的过程中，也考虑到这种功能需求，在召测 命令发送的时候，对于并网装置的召测频率，要高于对计量表的召测频率。(3) 数据处理对采集到的数据，根据系统対数据的需求，做相应的偏移量、換算、移位等 数据操作处理，转换为系统所需要的数据类型。因为数据在传输的过程中，是以 字符串的报文的格式进行传输，数据处理模块要对这些字符串格式的报文进行格 式转换，通常转换为数组格式的数据，这样才可以对各种物理量进行相应的数学 运算操作，最终转换为可被用户识别的运行数据。(4) 数据显示可以以曲线、列表、柱状图等方式显示系统运行的实时数据，显示某一时间 段数据的变化趋势。(5) 数据存储以一定的格式，把数据时行分类，分别存储到不同的数据库与表中。在本系 统中，数据是存储到MySQL数据库中的，这种存储方式，有利于后期対数据的处 理，方便在网络环境中共享系统运行数据，当然，也可以根据用户需求，保存为 文本格式或是电子表格的方式。(6) 数据查询根据查询的条件，以列表或是以曲线的方式，返回查询的数据。历史数据与 历史事件的查询，可以分析系统运行状況，生成相应的运行报告，方便评估储能 系统的运行情況。(7) 遥控命令在用户工作站，可以完成对每个子系统储能并网装置的启动、停机与复位等 遥控命令。控制命令是实现储能系统运行的重要组成部分，可根据需要，控制储 能系统以某种方式运行，或是设定一系列运行条件，实现储能系统的自动运行。(8) 事件与报警显示与记录各子系统运行报警与事件，并可以根据条件查询。储能系统在运 行的过程中,会产生许多运行事件，监控系统的功能之一，就是记录系统运行事 件，并根据事件级别，列出不同的事件类型，方便系统操作人员和维护人员查询 系统运行状态。(9) 用户管理用户的添加、删除、修改等功能。储能系统因为涉及到并入电网运行，所以 需要对操作人员的权限进行一些限制，对不同的操作人员类型，要设置不同的操 作权限，保证系统不会因为人为的原因出现误操作。(10) 用户报表根据需要，对历史数据进行分类处理，以报表的形式显示和存储。可以事先 定义一些固定格式的报表，如年报表、月报表、日报表等，也可根据用户自定义 的一些条件，生成自定义报表，如进行一次满充放后，对这段时间的历史数据， 根据选择的运行量，生成一个自定义报表。92.3本章小结本章第一部分内容为储能监控系统需求分析,通过对就地监控系统和远程储 能监控系统的需求分析，论述了二种监控系统各自的功能需求和之间的相互关系 明确了系统需求完成的功能要求。第二部分为储能监控系统的总体设计，论述了 系统设计的目标、原则以及模块化的设计思想，简要描述了各功能模块的需要完 成的主要工作，为第六章模块化的设计详细过程做了铺垫。15储能监控系统软件平台设计和开发第三章系统开发相关技术分析 第三章系统开发相关技术分析3.1系统设计模式的选择系统开发采用迭代式开发模式，在这种生命周期方法中，开发被分成一系列 固定的短期小项目，称为迭代，每次迭代都产生经过测试、集成、并可执行的局 部系統，每次迭代都具有各自的需求分析、设计、实现和测试活动。迭代生命周 期基于对经过多次迭代的系统进行持续扩展和细化，以循环反馈和调整为核心驱 动力，使之最終成为适当的系统，随着时间和一次又一次迭代的递进，系统増量 式地发展完善。每次迭代选择一小组需求，并快速设计、实现和测试。在早期迭 代中，对需求和设计的选择和最终目标来说可能并不准确，但是，在最終确定所 有需求或经过深思熟虑而定义完整设计之前，快速实施一小步的方式可以得到快 速反馈。这种早期反馈具有极高的价值，开发人员可以从这种反馈中，调整对需 求或设计的理解417。迭代开发可减少项目失败可能性，提高编程效率，降低软件缺陷，在早期而 不是在晚期缓解高风险。早期反馈、用户参与和调整，会产生更接近真实需求的 精化系統，并可控制复杂性，开发人员不会被复杂的步骤所淹没4。顯用户舱版本采用迭代和増量式开发，把系统优先级最高的功能需求，通过早期持续交付 的软件来满足用户需求，在开发的早期，欢迎用户提出变更的需求，这比在软件 开发后期提出来，所付出的代价要小的多，以两周到两个月为周期，交付给用户 可运行的软件。在整个项目过程中，开发人员要和业务人员合作，了解用户对交 付软件所提出的反馈信息17。图3-1迭代式开发示意图储能监控系统软件平台设计和开发第三章系统开发相关技术分析迭代式开发弥补了传统开发方式中的弱点，具有较高的成功率和效率。在整 个迭代式开发过程中，开发工作被组织为一系列的短小的固定长度（如3周）的 小项目，每一次被称为一个迭代。每一次迭代都包括了需求分析、设计、实现与 测试17。采用这种方法，软件开发工作可以在需求被完整地确定之前启动，并 且在一次迭代中完成系统的一部分功能或是一部分业务逻辑的开发工作，再通过 客户的反馈来细化需求，并开始下一轮的迭代4。迭代式开发具有的优点417:(1) 可以有效的降低软件开发的风险。(2) 能够得到早期的用户反馈意见。(3) 保证系统可以持续的测试和集成。(4) 以积极的方式应对软件早期出现的变更。(5) 提髙了软件功能模块的复用性。3.2开发工具选择LabVIEW (Laooratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一 种用采用图标代替文本创建应用程序的图形化编程语言。文本编程语言根据语句 和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW采用数据流的编程方式，程 序框图中节点之间的数据流向決定了程序的执行顺序。它采用图标表示函数，用 连线表示数据流向。LabVIEW提供很多与传统仪器相类似的控件，可以用来方便 的创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。在程序框图使用图标和 连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，称为G (Graphics)代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程序上类似于数据流程图， 因此又被称作程序框图代码。前面板上的每一个控件都对应于程序框图中的一个 対象，当数据流向该控件吋，控件就会根据自己的属性特性以一定的方式显示数 据_。LabVIEW所开发的程序被称为VI (Virtual Instrument),即虚拟仪器，这 是因为它的很多界面控件与操作都模拟现实世界中的仪器。LabVIEW所倡导的核 心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。由于LabVIEW可以用来创建 通用的应用程序，因此LabVIEW被称为一种通用的编程语言。但是它在测试、测 量和自动化等领域具有更大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于 数据采集，分析，显示和存储。同时它还提供了大量常用于自动化领域的图形化 控件。这使得开发人员可以在数分钟内完成一套完整的从仪器連接、数据采集到 分析、显示和存储的自动化测试与測量系统22。LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。采用Lab VIEW作为开发平台所具有的优势78:(1) 软件开发平台提供了大量丰富的图形化控件，用户也可以根据自己 的需要创建属于自己的用户控制，也可以安装第三方开发的用户界面控件。(2) 软件开发采用图形化的编程方法，以形象直观的方式实现逻辑控制 和数据处理功能。(3) 内建的编译器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译工作， 使开发人员可以边开发边调试，帮助开发人员及早发现程序开发中出现的问题。(4) 由于采用数据流模型，支持多线程的程序开发，能充分利用处理器 尤其是多核心处理器的处理能力，提高了程序的执行效率。(5) 支持通过DLL、ActiveX、.NET等技术，能够轻松实现LabVIEW与其 它编程语言的混合编程，内置的公式节点可以直接支持C语言格式的代码，降低 了代码移植的难度，提高了代码的复用率。(6) 通过开发平台应用程序生成器，可以轻松地发布可执行应用程序、 动态链接库（DLL)或应用程序安装包。(7) LabVIEW提供了丰富的附加模块，如报表生成与数据存储模块、业 监测与控制模块、软件验证和代码分析模块、图像和高级信号处理模块等，用于 扩展LabVIEW在不同领域中的应用_，开发人员可以根据自己的专业领域，安装相 应的工具模块，提高开发效率，节省开发时同。(8) LabVIEW可以直接与N1 (美国国家仪器）的大量数据采集硬件配合 使用，现成可直接使用的硬件驱动程序，使工程人员可快速搭建数据采集分析系 统。3.3数据库选择MySQL数据库是一个关系型数据库管理系統，是一款非常优秀的自由软件。 它是由瑞士的MySQLAB公司开发的。2008年，Sun公司耗资10亿美元收购了 MySQL数据库。现在MySQL数据库己经是世界上最流行的数据库之一。MySQL 的数据库语言采用标准化语言，保证了与其它数据库产品良好的兼容性。网络搜 索引擎公司Google使用的数据库就是MySQL的数据库。国内许多大型网络公司 也选择MySQL数据库，如网易、新浪等。这都证明了 MySQL数据库強大的生命 力。目前MySQL 5. 6版本己经正式发布。2010年4月20日，Oracle公司收购了 Sun公司，MySQL数据库又成为了 Oracle公司的数据库产品。这给MySQL数据 库带来了前所未有的机遇和挑战311。MySQL数据库使用非常方便，而且功能強大。支持多线程，能够充分利用当前多核CPU资源，为多种编程语言提供了应用程序接口，如C+、Java, PHP 等。MySQL数据库使用C和C+语言开发，并使用了多种编译器进行测试，保证 了系统良好的可移植性。支持Windows、FreeBSD、Linux、Mac OS等多种操作系 统，开发者根据自己所使用的操作系统，灵活选用适合自己的MySQL数据库源 版本。MySQL数据库优了 SQL查询算法，能够有效的提高查询速度，提供对世界 上大多数语言的支持，如中文的GB2312、BIG5、日文的Shift_JIS等都可以作 数据表名和字段名。MySQL数据库能够作为一个单独的应用程序部署在本地，也 提供了 TCP/IP、ODBC等多种数据库连接途径，部署到客户端/服务器网络环境中， 也能够为一个库嵌入到其他的软件中31()。MySQL是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中， 而不是将所有数据放在一个大仓库内。这样就増加了速度并提高了灵活性。MySQL 支持SQL “结构化查询语言”。SQL是用于访问数据库的最常用标准化语言。由 于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多中小型 网站为了降低网站总体拥有成本而选择了 MySQL作为网站数据库。MySQL Server 的数据库架构如图3-2所示111。支f雜口标准 C 的 APUDBC,ODBC,NET,PHP,Pvthon,Perl,ruby,VBMySQL Server连接池验证与授权-线程-连接限制-内存与缓存管理SQL 接口 数据麵吾言 和数据定义语 言 存储过 程、视图、触 发器等等缓存和缓冲池 合局和具体引 擎的缓存和缓 冲池企业麵艮务和工具 备份与恢复 安全 复制 群集 分区管理 事例管理 数据模板麵 工作台 查询浏览 合并工具包可插式存储引擎 内存索引和存储管理MylSAM InnoDB Cluster Falcon Archive Federated Merge Memory Partner Community Custom文件系统A新技术文件系統：网络文件系统存储区域网络和网络附加存储文件和日志Redo,Undo,Data,Index,Binary,Error,Querv,and Show图3-2 MySQL数据库架构 MySQL数据库管理系统的系统特性_1121:(1) MySQL采用C和C+编写，并且使用了多种编译器进行测试，当前流 行的操作系统大多采用这二种编程语言开发，保证了源代码的可移植性。(2) 能够支持 AIX、FreeBSD、HP-UX、Linux、Mac OS、NovelINetware、 OpenBSD、OS/2 Wrap、Solaris、Windo