基于C#的微电网电能质量监测系统的研究与设计

樊东亮 白俊平 朱春颖 闻娜 黄亮 王健

摘 要：随着新能源技术的发展，微电网已成为电力系统重要组成部分，但由于其能源的间歇性，易造成电能质量下降。针对这一问题，该文设计了一种基于C#的微电网电能质量检测系统。基于STM32F429芯片的MCU将采集到的电能数据处理后，利用无线网络将数据发送至上位机，基于C#开发的上位机利用C/S模式与MCU通信，并将数据存储于服务器中，为后续提高电能质量提供数据支撑。运行表明该系统准确、快捷，实际应用效果良好。

关键词：微电网 STM32 C# C/S

中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-02

1 系统结构

此设计方案主要由3个层次结构分别是主站层（主要包括上位机、服务器和工作站）、通信层（主要实现数据传输）和远动层（MCU数据采集终端）。

2 MCU（数据采集终端）硬件结构

硬件结构主要是由STM32F429芯片组成的MCU，该芯片外围包括显示屏、输入按键、UART接口（RS232串口、RS485串口）、以太网通信、电能数据采集、传感器等模块。主要实现对光伏、风力和储能设备的电气量参数进行实时数据采集，并将数据上传至上位机进行处理。

3 上位机通信程序设计

上位机通信程序依托C#编程语言，采用TCP/IP协议，调用套接字Socket来实现。

3.1 Socket通信

Socket是一种网络上跨平台的进程间的通信机制，它是应用程序的基石[1]。Socket分为两种：

（1）流套接字，用TCP提供一条双向的、可靠的、顺序的、无重复的数据流。

（2）数据报套接字，用UDP提供双向数据流，但不保证是可靠、有序、无重复的。

为了保证可靠的数据传输，程序采用TCP协议的流式Socket。首先服务器初始化，通过调用socket（）建立一个套接字，然后调用bind（）将该套接字和本地网络地址联系在一起，再调用listen（）使套接字做好侦听的准备，并规定它请求队列的长度，之后就调用accept（）来接收连接。客户在建立套接字后就可以调用connect（）和服务器建立连接。连接一旦建立，客戶机和服务器之间就可以通过调用write（）和read（）来发送和接收数据。数据传送结束后，双方调用Close（）关闭套接字。其流程图如图1所示。

3.2 多线程技术

传统的应用程序主要以单线程形式运行，即程序的运行控制权由单个线程独占来完成所有任务。如遇到复杂任务时，就会造成响应速度慢的问题。多线程技术可以利用CPU的空闲时间片，用较少的时间对用户做出响应，这样可以更好地利用系统资源，提高整体运行效率[2]。因此，该系统上位机采用多线程技术，通过区分不同的Socket，从而实现各通信间同时进行，互不干扰，提高CPU的利用率。部分C#服务器程序如下。

（1）服务器初始化。

int port = 2000； //定义侦听端口

TcpListener tcplistener = new TcpListener （ port ） ； //实例监听

private bool listener= true； //设定监听标示位，判断侦听状态

Treading Tread tcpServerTread； //创建线程，接收信息

（2）服务器开启循环监听。

tcpServerThread=new Thread（new ThreadStart （ Listen ） ）；//实例化监听程序

tcpServerThread.Start（）；//启动线程

private void listen（）

{

while（listener）

{

tcplistener.Start （ ） ； //开始监听

TcpClient tcpclient = tcplistener.AcceptTcpClient （ ） ； //通过TCP连接请求

}

}

4 工作站软件设计

该系统软件设计依托C#编程平台主要实现功能包括以下几方面。

（1）SCADA（数据采集与监视系统）。管理人员通过软件操作界面查看、监测微电网中各分布式电源（风力发电、光伏发电和储能设备）、母线、负荷等电气量（电压、电流、功率等）。同时展示微电网系统网络拓扑结构，使管理人员深入了解系统运行情况。

（2）事件信息管理。主要提供故障系统告警、查询等功能，为用户维护设备提供服务。

（3）气象及发电量预测。该系统可通过网络接口访问中国气象网，查询当前和未来气象信息，利用该信息预测短期设备发电量，为系统稳定运行提供最优方案。

（4）用户信息管理。主要包括操作员姓名、电话、操作权限等功能。

（5）报表管理。主要包括电能质量信息综合分析报表、历史数据报表等功能。

5 结语

该文设计了基于C#的微电网电能质量监测系统，通过远程实时监控微电网中光伏发电、风机发电、储能设备和负荷的电压、电流、功率等电能参数，保障电网良好的电能质量，为系统的可靠性运行奠定基础。运行表明，该系统具有实时性好、方便、快捷等特点，具有很高的实用价值。

参考文献

[1] 时珊珊，鲁宗相，周双喜，等.中国微电网的特点和发展方向[J].中国电力，2009，42（7）：21-25.

[2] 苏玲，张建华，王利，等.微电网相关问题及技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（19）：235-239.

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2020-06-02