（控制理论与控制工程专业论文）风光互补发电系统远程数据监测方法研究.pdf

m a s t e rc a n d i d a t e ：s h il i a n g x i s u p e r v i s o r ：r e s e a r c h e r g u oh u a f a n g m a y 2 0 1 0 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u , g u a n g d o n g ，p r c h i n a , 5 10 0 9 摘要 随着科技的飞速发展，我国己进人数字化时代，优质、可靠的电力能源的供应 是社会高速发展的重要保障。当前电力系统中分布式发电技术已经比较成熟，处于规 模化应用的关键阶段，其并网后带来的电网运行问题是影响分布式发电技术发展的 关键。微网技术从局部解决了分布式电源大规模并网时的运行问题，在能源效率优化 等方面与智能配电网的目标一致。公用微网实质上已具备了智能配电网的雏形，z 月出匕，t t k e i 好地兼容各种分布式电源，提供安全、可靠的电力供应，实现网络层面的能量优化，起 到了承上启下的作用。但是诸如微电网的运行与控制，微电网相关电能质量研究和 微电网保护及微电网的接入标准等，都是微电网研究中的重点难点问题。此外，风 力发电、光伏发电等新能源是增强微电网的竞争力也是推动微电网发展的关键，但 其成本仍然比较高。诸如此类问题的解决是以发电系统现场电量参数的采集为依据 的。风光互补发电系统作为典型的分布式发电系统，其相关电量参数的测量、传输、 采集是微网技术的成熟和完善的基础，是关系到分布式发电技术的规模化应用以及 智能配电网的发展的重要因素。风光互补发电系统电量参数的采集与传输作为其中 最为基础的环节，对提高能源利用效率、优化能源结构和提升能源管理等具有重要 意义。 本文以典型的风光互补发电系统为背景，首先通过引题介绍课题研究的内容和 重要意义；然后在第二章介绍了风光互补发电系统的相关技术，结合第三章自动监 测系统相关原理，应用g p r s 无线网络技术，提出了风光互补发电系统远程数据监 测系统具体的解决方案。 远程数据监测系统主要包括r t u 终端( 远程数据采集与传输前端) 和数据监测 中心( 监测软件) 两个部分。由于工作量较大，本课题只研究风光互补发电系统远 程数据监测软件的设计与实现。整个远程数据监测软件是采用c j ! 语言，在v i s u a l s t u d i o n e t2 0 0 8 集成开发环境下，结合s q ls e r v e r2 0 0 5 来开发实现的。因而在第 四章第一节介绍了远程数据监测软件的相关基础，包括设计思想、软件结构、c j ! j 基 础以及s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库应用等内容；接着在第四章第二节着重讨论了远程 数据监测软件的设计与实现，其中包括监测数据的接收和处理、r t u 终端的设置与 调控、人机界面接口等重要功能的实现；在第五章讨论了整个系统数据传输方案和 广东工业大学硕士学位论文 数据监测的实现以及通信协议的应用，其中r t u 的初始化设置与调控是通过串口来 实现的，而整个系统中数据传输与监测是数据中一t l , 通过s o c k e t 通信来实现的，而 通信协议是结合r t u 来使用的，通信协议包括的消息种类为数据包、心跳包、工作 模式包和校时包，在本系统中主要应用为数据解析。在第六章对运行该远程数据监 测软件所采集到的电量参数进行分析和处理，对非晶硅太阳能光伏组件和多晶硅太 阳能光伏组件的发电性能进行了比较并对太阳能光伏组件的选型提出了建议，对风 光互补发电系统的选型、设计和优化进行分析和总结，并对风光互补发电系统的能 源管理策略提出了初步探讨和预测。 关键词：风光互补发电系统；r t u 终端；监测软件；数据通信；c # n e t g b s tr a c t a b s t r ac t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，c h i n ah a se n t e r e dt h ed i g i t a l a g e ，q u a l i t ya n dr e l i a b l es u p p l yo f e l e c t r i c a l h i g h s p e e dd e v e l o p m e n t i nc u r r e n te l e c t r i c e n e r g yi sa ni m p o r t a n tg u a r a n t e eo fs o c i a l s y s t e m ，d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n o l o g yi s r e l a t i v e l ym a t u r ea n di nt h ec r i t i c a ls t a g eo fl a r g e s c a l ea p p l i c a t i o n s ，t h ei s s u et h a tg r i d t or u na f t e rt ob r i n gt h ep o w e ri st h ek e yt ot h ed e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n t e c h n o l o g y t h e m i c r o n e t w o r k t e c h n o l o g y s o l v e s p r o b l e m s w h e n l a r g e s c a l e d i s t r i b u t e dp o w e rg r i da n dr u nf r o mt h el o c a l ，a n di t st a r g e tc o n s i s t e n tw i t hs m a r t d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki nt e r m so fe n e r g ye f f i c i e n c yo p t i m i z a t i o n c o m m o nm i c r o n e t w o r k t e c h n o l o g ye s s e n t i a l l yh a v ea l r e a d yc o m ei n t o t h ep r o t o t y p eo ft h es m a r td i s t r i b u t i o n s y s t e m ，a n dc a nb ec o m p a t i b l ew i t hav a r i e t yo fd i s t r i b u t e dp o w e r ，t h e np r o v i d ew i t h s a f e ，r e l i a b l ee l e c t r i c i t ys u p p l y t oa c h i e v ee n e r g yo p t i m i z a t i o ni nn e t w o r kl e v e la n d p l a yar o l e i nf o r m i n gal i n kb e t w e e nt h e m h o w e v e r ，t h ep r o b l e m ss u c ha sm i c r o g r i d o p e r a t i o n a n dc o n t r o l ，m i c r o - g r i dp o w e rq u a l i t y r e l a t e dr e s e a r c h ，m i c r o 。g r i dp o w e r s y s t e mp r o t e c t i o na n da c c e s st om i c r o s t a n d a r d sa r et h ef o c u so fm i c r o 。p o w e rr e s e a r c h d i f f i c u l tp r o b l e m s i na d d i t i o n ，w i n dp o w e r ，p h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o na n do t h e r n e we n e r g ys o u r c e si sc r u c i a lt oe n h a n c et h ec o m p e t i t i v e n e s so fm i c r o g r i da n dp r o m o t e t h ed e v e l o p m e n to f m i c r op o w e r 鲥d ，b u ti t sc o s ti s s t i l lr e l a t i v e l yh i g h t h es o l u t i o nt o t h e s ep r o b l e m sa n di sb a s e do nb a s e do nt h ea c q u i s i t i o np a r a m e t e r so fs i t ep o w e r g e n e r a t i o ns y s t e m w i n d - s o l a rh y b r i dp o w e r g e n e r a t i o ns y s t e ma sat y p i c a ld i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns y s t e m ，i t s a s s o c i a t e dp o w e rp a r a m e t e r sm e a s u r e m e n t s ，t r a n s m i s s i o n s ， c o l l e c t i o n sa r eb a s e do nt h em a t u r ea n dp e r f e c tm i c r o - n e t w o r kt e c h n o l o g y ，a r ei m p o r t a n t f a c t o r s r e l a t e dt o l a r g e s c a l e d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n to fs m a r td i s t r i b u t i o nn e t w o r k s p a r a m e t e r st r a n s m i s s i o na n dc o l l e c t i o no f w i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e ma so n eo ft h em o s tb a s i cp a r to fi m p r o v i n g e n e r g ye f f i c i e n c y ，a r ev e r yi m p o r t a n tt oo p t i m i z ee n e r g ys t r u c t u r ea n di m p r o v ee n e r g y m a n a g e m e n t o nt h eb a c k g r o u n do fw i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e rf i r s t i n t r o d u c e dt h es i g n if i c a n c ea n di m p o r t a n c eo ft h ec o n t e n t ，b yt h er e s e a r c hc i t e dp r o b l e m s i i i 广东工业大学硕士学位论丈 l l l - l l - i l i - _ i _ _ _ l _ _ _ i i _ - - l l _ l i - i _ - _ l l - l l l l - _ _ _ i _ l l i _ i - - _ _ _ _ - _ _ l - - _ _ i _ _ t h e ni nt h es e c o n dc h a p t e rd e s c r i b e dw i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o n s y s t e m r e l a t e dt e c h n o l o g y ，c o m b i n e dw i t hr e l e v a n tt h e o r yo fa u t o m a t i cm o n i t o r i n gs y s t e mi n c h a p t e ri i i ，a p p l i e dg p r sw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y ，t h e np r o p o s e das p e c i f i c s o l u t i o no f r e m o t ed a t am o n i t o r i n gs y s t e mo fw i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m r e m o t e d a t am o n i t o r i n gs y s t e mm a i n l yc o n s i s t so fr t ut e r m i n a l ( r e m o t ed a t aa c q u i s i t i o na n d t r a n s m i s s i o nf r o n t e n d ) ，a n dd a t am o n i t o r i n g c e n t e r s ( m o n i t o r i n gs o f t w a r e ) a st h e w o r k l o a di s l a r g e ，t h es t u d yo ft h i st o p i co n l yc o n c e r n st h er e m o t ed a t am o n i t o r i n g s o f t w a r e d e s i g n i n g a n d i m p l e m e n t i n gw h i c h i s d e v e l o p e d u n d e rt h e i n t e g r a t e d d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n tv i s u a ls t u d i o n e t 2 0 0 8 b yu s i n gc l a n g u a g e a n d c o m b i n a t i n gt h es q ls e r v e r2 0 0 5 t h u st h ef i r s ts e c t i o no fc h a p t e ri vd e s c r i b e st h e b a s i c so fr e l e v a n tr e m o t ed a t am o n i t o r i n gs o f t w a r e ，i n c l u d i n gd e s i g ni d e a s ，s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ，c 群，a n ds q ls e r v e r2 0 0 5d a t a b a s eb a s e da p p l i c a t i o n s ，c o n t e n t ；a n dt h e n t h es e c o n ds e c t i o no fc h a p t e ri vc h a p t e rf o c u s e so nar e m o t ed a t am o n i t o r i n gs o f t w a r e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ，i n c l u d i n gt h em o n i t o r i n gd a t ar e c e p t i o na n dp r o c e s s i n g ， r t ut e r m i n a li n i t i a l i z a t i o ns e t u pa n dc o n t r o l ，h m ii n t e r f a c e s ，a n dk e yf e a t u r e so ft h e i m p l e m e n t a t i o n ；t h ef i f t hc h a p t e rd i s c u s s e st h eo v e r a l ls y s t e md a t at r a n s f e rp r o g r a m sa n d d a t am o n i t o r i n go ft h ei m p l e m e n t a t i o na n d a p p l i c a t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，r t u i n i t i a l i z a t i o n s e t u pa n dc o n t r o li sa c h i e v e dt h r o u g ht h es e r i a lp o r t ，w h i l et h ee n t i r e s y s t e mo fd a t at r a n s m i s s i o na n dm o n i t o r i n go fd a t ac e n t e r st oa c h i e v eb ys o c k e t c o m m u n i c a t i o n s ，t h e r e f o r e ac o m b i n a t i o n o fr t uc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a n d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa r et ob eu s e d ，i n c l u d i n gt h en e w sc a t e g o r i e sp a c k e t ，h e a r t b e a t p a c k e t s ，t h em o d eo fp a c k a g e sa n ds c h 0 0 1 t h em a i na p p l i c a t i o no fc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l si nt h i ss y s t e mi sf o rd a t aa n a l y s i s i nt h es i x t hc h a p t e r ，b yr u n n i n gt h i sr e m o t e d a t a a c q u i s i t i o ns o f t w a r e ，a n a l y s i s e da n dp r o c e s s e dt h e s em o n i t o r e d e l e c t r i c i t y p a r a m e t e r s o nt h eo t h e rh a n dc o m p a r e dt h e p o w e rg e n e r a t i o np e r f o r m a n c eo f a m o r p h o u ss i l i c o ns o l a rp vw i t ht h a to fp o l y c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rp vt h e ng a v e r e c o m m e n d a t i o n so ft h es e l e c t i o no fs o l a r p h o t o v o l t a i cc o m p o n e n t s ，a n a l y s i s e da n d s u m m a r y e do nt h es e l e c t i o n ，d e s i g na n do p t i m i z a t i o no fw i n d s o l a rh y b r i dp o w e r g e n e r a t i o ns y s t e m ，a n dm a d eap r e l i m i n a r ys t u d y w i n da n df o r e c a s t sa b o u tt h ee n e r g y m a n a g e m e n ts t r a t e g i e so fw i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m i v a b s tr a c t k e yw o r d s ：w i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m ；r t ut e r m i n a l ； m o n i t o r i n gs o f t w a r e ；d a t ac o m m u n i c a t i o n s ；c n e t v 广东工业大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 课题的提出j l 1 2 本课题研究的内容和意义2 1 2 1 研究的内容2 1 2 2 研究的意义3 1 2 本文的主要工作任务4 第二章风光互补发电技术基础6 2 1 分布式发电系统与独立微网系统简述6 2 2 风光互补发电系统一8 第三章风光互补发电系统监测方案分析1 2 3 1 计算机自动监测系统概述1 2 3 2 监测系统网络化发展趋势1 4 3 3 系统数据传输与采集方案1 6 3 3 1 传输与采集方案1 6 3 3 2 监测系统硬件设计1 7 第四章监测系统的软件设计与实现1 9 4 1 监测软件设计基础1 9 4 1 1 软件系统目标需求1 9 4 1 2 监测软件设计规划2 0 4 1 3 监测软件功能结构2 1 4 1 4 监测软件编程语言c j f 基础2 2 4 1 5 数据库的设计与实现2 5 4 2 监测软件的设计与实现一2 8 4 2 1 软件界面设计2 8 4 2 2 数据中心设置功能实现3 0 v i 目录 4 2 3r t u 终端初始化设置的实现一3 1 4 2 4 数据接收和发送功能的实现3 2 4 2 5r t u 终端信息列表管理的设计和实现3 6 4 2 6 日志功能的实现3 6 4 2 7 曲线绘制功能的实现3 8 第五章数据通信的实现3 9 5 1 基于g p r s 的数据传输与采集系统的组网方案3 9 5 1 1g p r s 简介一4 0 5 1 2 系统应用组网方式4 0 5 2 串口通信4 1 5 2 1 串口通信基础4 1 5 2 2c n e t 中s e r i a l p o r t 类的使用4 2 5 3s o c k e t 通信4 3 5 3 1t c p i p 体系结构与特点4 3 5 3 2w i n d o w s 中的套接字编程4 6 5 3 3c 套接字编程4 8 5 3 4 系统服务器程序设计4 9 5 4 系统通信协议的使用4 9 5 4 1 数据种类一4 9 5 4 2 查询数据命令和数据解析5 0 第六章监测系统运行情况分析5 2 6 1 系统运行概况5 2 6 2 风光互补系统匹配性能分析5 4 6 3 监测数据对系统优化配置的影响5 4 6 3 1 多晶硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池发电性能对比分析一5 5 6 3 2 太阳能电池板阵列容量的选型5 7 6 3 3 风力发电机的选型5 7 6 3 4 系统蓄电池容量的选型5 8 6 4 系统能源管理的控制策略与预测5 9 第七章结论6 1 v n 广东工业大学硕士学位论丈 7 1 工作总结6 1 7 2 工作展望6 l 参考文献6 3 攻读硕士学位期问发表论文6 7 独创性声明6 8 致谢6 9 c o n t c n t c o n t e n t a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c h a p t e ri i n t r o d u c t i o n i i ii s s u e sr a i s e d 1 1 2t h ec o n t e n t sa n ds i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h 2 1 2 1t h ec o n t e n t so f t h er e s e a r c h 2 1 2 2t h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h 3 1 3m a i nt a s k so f t h i sa r t i c l e 4 c h a p t e r2 b a s i so ft e c h n o l o g ya b o u tw i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o n s y s t e m 6 2 1d e s c r i p t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m sa n di n d e p e n d e n tm i c r o - n e t w o r k s y s t e m 6 2 2w i n d s o l a rh y b r i dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 8 c h a p t e r3p r o j e c ta n a l y s i so fm o n i t o r i n gs c h e m e sa b o ts y s t e m 12 3 1d e s c r i p t i o no f a u t o m a t i cm o n i t o r i n gs y s t e m 12 3 2n e t w o r kt r e n do f m o n i t o r i n gs y s t e m 1 4 3 3d a t at r a n s m i s s i o na n da c q u i s i t i o np r o g r a mo fs y s t e m 1 6 3 3 1d a t at r a n s m i s s i o na n da c q u i s i t i o np r o g r a m 1 6 3 3 2h a r d w a r ed e s i g no f m o n i t o r i n gs y s t e m 1 7 c h a p t e r4d e s i g na n d r e a l i z a t i o no fs o f t w a r e 19 4 1b a s i so fm o n i t o r i n gs o f t w a r ed e s i g n 19 4 1 1 t a r g e td e m a n d so fm o n i t o r i n g s o f t w a r e 19 4 1 2d e s i g np l a n n i n go fm o n i t o r i n gs o f t w a r e 2 0 4 1 3f u n c t i o n a ls t r u c t u r eo fm o n i t o r i n gs o f t w a r e 21 4 1 4p r o g r a m m i n gl a n g u a g ec f u n d a m e n t a l s 2 2 4 1 5d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f d a t a b a s e 2 5 4 2d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fm o n i t o r i n gs o f t w a r e 2 8 4 2 1i n t e r f a c ed e s i g n 2 8 c h a p t e r 5r e a l i z a t i o no fd a t ac o m m u n i c a t i o n 3 9 5 1n e t w o r ks c h e m eo fd a t at r a n s m i s s i o na n dc o l l e c t i o ns y s t e mb a s e do ng p r s 3 9 5 1 1d e s c r i p t i o no fg p r s 4 0 5 1 2s y s t e ma p p l i c a t i o nn e t w o r ks t y l e 4 0 5 2s e r i a lc o m m u n i c a t i o n 4 1 5 2 1b a s i so fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n 4 1 5 2 2u s eo fs e r i a l p o r tc l a s si nc j n e t 4 2 5 3s o c k e tc o m m u n i c a t i o n 4 3 5 3 1a r c h i t e c t u r ea n df e a t u r e so f t c p i p 4 3 5 3 2s o c k e tp r o g r a m m i n go f w i n d o w s 4 6 5 3 3s o c k e tp r o g r a m m i n go f ( ： j 4 8 5 3 4p r o g r a m m i n go fs y s t e ms e r v e r 4 9 5 4u s eo fs y s t e mc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l 4 9 5 4 1d a t at y p e 4 9 5 4 2q u e r yd a t ac o m m a n da n dd a t aa n a l y s i s 5 0 c h a p t e r6o p e r a t i o na n a l y s i so fm o n i t o r i n gs y s t e m 5 2 6 1d e s c r i p t i o no fs y s t e mo p e r a t i o na n a l y s i s 5 2 6 2m a t c ht h ep e r f o r m a n c eo f p vh y b r i ds y s t e m 5 4 6 3a f f e c to fm o n i t o r i n gd a t ao nt h eo p t i m a la l l o c a t i o no f s y s t e m 5 4 6 3 1p o w e rp e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no f p o l y c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rc e l l sw i t h a m o r p h o u ss i l i c o ns o l a rc e l l s 5 5 6 3 2c a p a c i t ys e l e c t i o no fs o l a rp a n e la r r a y 5 7 6 3 3s e l e c t i o no fw i n dg e n e r a t o r 5 7 c o n t e n t 6 3 4c a p a c i t ys e l e c t i o no f b a t t e r y 5 8 6 4c o n t r o ls t r a t e g ya n df o r e c a s t i n go fs y s t e me n e r g ym a n a g e m e n t 5 9 c h a p t e r7c o n c l u s i o n 6 1 7 1 s u m m a r y 6 1 7 2p r o s p e c t s 6 1 r e f e r e n c e s 6 3 p u b l i c a t i o nd u r i n gs t u d yf o rm a s t e r ss t u d i e s 6 7 o r i g i n a l i t ys t a t e m e n to f a c a d e m i cd i s s e r t a t i o n 6 8 a c k n o w i e d g e m e n t 6 9 x i 广东工业大学硕士学位论丈 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的提出 随着科技的飞速发展，现代工业生产规模的日益扩大，对能源的需求越来越大。 未来经济和社会的发展需要有相应的能源发展提供支撑和保障，日益兴起的太阳能 和风能等新能源对环境无污染，对于缓解传统电网供电压力，改变能源结构具有重 要作用。这些新能源发电系统多以分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 的 形式接入大电网。分布式发电近年来引起了人们的广泛重视，并得到了长足发展。 分布式发电也称分散式发电或分布式供能，一般指以太阳能和风能等新能源为主的 小型的发电装置就近布置在负荷附近的发电方式。分布式电源的接入不改变原来配 电网结构，延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资，同时，它的接入可以有效 改善大电网的供电可靠性且提高供电质量。分布式发电技术发展迅速的一个很重要 的原因是它们大多具有环境友好性和可持续发展的能力。但是，分布式发电本身也 存在诸多问题，例如，分布式电源单机接入成本高，某些分布式电源的功率输出具