分层分布式监控（精选九篇）
分层分布式监控 篇1
关键词：智能电网,分层分布式,监控系统,组态界面
随着计算机、网络、控制、通讯、显示等技术的快速发展和广泛应用,变电站综合自动化系统在广阔的工业技术领域和服务行业中的应用日益增多。事实上,完善的管理已经离不开状态监控和处理系统[1]。在变配电管理的各类变电站中,智能电网监控系统是现代化企业实施电力运行科学管理、减员增效的有力工具,也是企业网络化、信息化建设的重要组成部分[2]。
1总体结构设计
该智能电网监控系统的设计基于分层分布式网络结构[3], 将变电站自动化系统分为管理层、间隔层、通讯层三个部分[4], 面向车间里的各个电气设备。
1.1管理层
监控主机采用高性能计算机,具有良好的可靠性、实时性及可扩展性,可完成供配电系统智能化运行管理。中心管理层和站级管理层之间的主干通讯网络采用光纤以太网网络结构。该监控系统有严格的密码保护功能,同时还具有严格的权限等级管理功能,不同级别的操作员都有不同的权限限制,当具有遥控操作权限的运行人员输入正确的密码和操作监护指令后,才能对下位机进行操作控制,如控制断路器和开关的合、 分闸操作、保护软压板的投入切换、保护信号的远距离复归等, 另外系统还能够自动生成操作记录[3]。
同时可通过监控主机由键盘和鼠标对变配电设备进行遥控操作,通过监控主机发出控制命令,系统自动校验操作者的操作权限及口令后,方能实现断路器和开关的合、分闸操作。 对于每次遥控操作,系统均对操作人、操作时间及操作类型进行记录,自动生成遥控操作记录,并将记录存盘,如图22所示。
1.2间隔层
由微机综合保护装置、变压器温控装置、直流屏智能监控装置构成。这些装置结成多条总线型链路与站级管理层的主控单元通讯。
1.3通讯层
从供电系统可靠性以及系统的有效保护和快速响应性考虑,同时使其有专用通讯线路通道,该监控系统采用基于TCP/IP协议的光纤网络和RS485双绞线网络[3]。
2硬件设计
根据负荷分布情况,本项目共有变配电所四座,分别为位于同一层的1#、2#变电所、不同层的3#变电所和4#变电所。本设计在1号变电所设置监控主机,在2号、3号、4号变配电所分别设置智能通信管理器实现通信上传功能。在高压断路器柜及低压进线柜、联络柜以及出线回路设置智能监控装置,对电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率等进行监控。
根据用户的需求,本方案的负载自动控制系统将实现外部供电不足时,对指定的三级负荷进行自动减载,具体实现方式如下所述。
1)仅有一路外电供给时,对空调负荷的切除
该保护装置可以进行逻辑编程,非常可靠地实现三电源进线之间的备自投逻辑。当保护装置检测出仅有1路外电供给时,会发出跳闸指令,使T5~T8的变压器出线断路器跳开,从而切除2#变电所的5~8#变压器所有空调负荷。
2)对低压三级负荷的自动减载
切除空调负荷之后,需要检测其他各个变压器的输出功率是否超出了设定的最高定值,以决定是否启动三级负荷减载措施。
本方案采用功率变送器实时监测变压器出线端(亦即该变压器低压进线端)的有功功率,将此信号传送给PLC处理器。 PLC程序判断该功率是否超出了设定的变压器保证重要负荷容量。如果超出,则开始控制三级负荷逐个分闸,以保证重要负荷的电力供给。
3)在有消防火警情况下的负荷控制
如果发生火警,为了保证消防系统的供电,控制系统同样实时检测变压器的输出功率,一旦输出功率高于需要保证的功率值,则开始对三级负荷的减载。减载控制原理图如图3所示。
本方案采用PLC直接监测功率、直接控制低压断路器的方式,主要是考虑到PLC的可靠性要远高于计算机,避免了由于计算机的关机或者人为的失误导致系统不能正常运行的情况。
3软件设计
软件设计方面,该监控主机采用性能可靠、高效的计算机, 监控软件平台主要采用专业的组态监控软件,安全、可靠性、实时、同时还具有可扩展性。如图4所示为该智能电网的监控主界面[5]。
该系统具有数据采集及数据处理功能,系统能够对所有的开关量和模拟量进行实时和定时数据采集,为保证测量数据的精度和实时性,所有的模拟量均采用交流采样。另外系统能够在主控室实现对各个变配电站的遥信、遥控、遥测及遥调“四遥”功能, 对电气设备的运行状态进行实时监控,具有电气参数实时监测、事故异常报警、事件记录和打印、统计报表的整理和打印、电能量成本管理和负荷监控等综合功能[6]。
4结论
分层分布式监控 篇2
关键词：水电站 监控 计算机
中图分类号：TV736 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0113-01
我国现阶段水电站都是“集成型”的，各种控制单元的连接比较复杂，还使投资成本增加。该文主要对水电站监控系统分层分布结构进行了论述，对使用这种技术的优越性进行了分析。
1 老虎嘴水电站监控系统的构成
老虎嘴水电站上位机的系统主要由2套网络服务器和2套的操作员工作站组成，1台工程师工作站，2套100M以太网交换机，2套GPS时钟服务器2套不间断电源UPS。水电站整个计算机监控系统由电厂站控级计算机，现地控制单（LCU）以及网络设备组成，系统还配置调度通信工作站通过路由器实现与上级调度部门计算机之间的数据通信。
现地控制单元按每台机组、公用设备、开关站及闸门监控等各设置一套LCU，LCU直接监控被监控设备的生产过程，既可作为分布系统中的现地智能终端，又可作为独立装置单独运行。现地LCU通过以太网、现场总线或串口方式与机组辅助设备和公用设备的控制装置进行通信。
该监控系统局域网按IEEE802.3u设计，采用双以太网结构，网络介质采用光纤缆和双绞线，通信规约TCP/IP，网络的传输速率不小于100Mbps。
该系统的配置主要由主机、操作员工作站组成。2套主机具有完成历史数据的存储、管理，定值设定及变更工作方式的功能，互为备用。2套操作员工作站的功能主要为图形显示。
2 水电站监控相关技术的应用
（1）对于网络服务器的应用。
计算机的两套网络服务器的主要作用是负责完成各LCU和操作员工作站间的数据交换工作，还有对历史数据库进行保存的任务。各种控制单元LCU上面报送的信号应该先送至计算机的服务器，然后再经过服务器送达到运行工作人员的工作站中；同样的方式，运行中的人员工作站一旦发出了指令，也应首先送达服务器，再逐个发往LCU。如果各种信号和命令都已经送到了服务器，服务器就要将这些信息进行保存，这样是为了更好的对这些信息进行查询。这两台服务器一般都是用来为冗余热备用的，工作状态可以用手动的方式进行切换，以保证整个网络系统的安全运行，并实现数据的同步。
（2）工程师兼培训工作站的应用。
该水电站工程师工作站用于系统维护和管理人员进行修改系统参数、修改定值，增加和修改数据库、画面和报表，并可做一些的操作培训工作。主要负责系统的维护管理、功能及应用的开发、程序下载等工作。此外，工程师站还具有操作员工作站及培训站的所有功能。
（3）网络设备和工程师工作站应用。
监控系统中的两台主干的网络交换机能够使网络实现冗余；两个GPS时钟显示系统、以及双UPS电源的使用都对网络的安全性以及可靠性起到了推动作用。工程师的工作站主要是负责完成上为机械操作画面以及数据库的维护，同时也有负责培训操作人员的任务。
（4）调度通信工作站的应用。
该服务器主要负责电站与林芝地区调度中心及西藏电力调度中心的通讯。通讯规约采用IEC870-5-104和IEC870-5-101。与林芝地区调度中心及西藏电力调度中心的通讯通过路由器转换成E1接口通过广域网连接通讯。同时还配置了1套电力专用调制解调器，用于采用IEC870-5-101规约与调度通讯。在每套远动通信工作站中均配置了4个以太网口，其中2个用于与计算机监控系统的两台主交换机相连，另外2个分别与2个路由器相连，分别与林芝地区调度中心和西藏电力调度中心通讯。两台通信工作站和两个路由器均互为主备冗余使用，从而保证与地区调度和调度中心的通讯可靠性。
（5）同期装置的应用。
同期装置为双微机系统，两系统间可以实现互相的独立，因而装置具有很高的可靠性，采用现代控制理论对合闸相角差进行预测控制，对被同期对象的电压、频率实行变参数调节，提高了同期精度，同时提高了并网速度。
3 分层分布结构的监控系统自身优越性分析
3.1 安全性得到提升
该水电站上位机系统自身具有程序的逻辑控制，简单的说，就是一种下位机和LCU控制器的远方监控操作终端系统。对于任何的设备所发出的信号都要先经过下位机的处理才能发往上位机操作员工作站，可以进行有效的监视。
3.2 传输的可靠性
在该水电站整个的网络系统中可以采用光纤作为传输的介质，使各个LCU通过100M光缆网路交换机进行连接，可以有效的实现服务器与操作工作站的数据交换。可以把相邻的两个LCU用100M的光缆进行连接，以实现通道的冗余。
3.3 易于调试和维护
在调试时，可以将带有上位系统和下位系统的电脑放到LCU附近，再与交换机进行连接，启动上位机监控画面和在线的测试软件，就能实现“中控室”的转移。在监控系统网络的任何交换机上，都可以用笔记本电脑连接到任何一个LCU或远程I/O终端上，再对其进行在线测试，可以查看每个LCU或远程I/O终端的程序运行状态。
3.4 成本的经济性
这种分层分布的LCU形式能够使信号电缆的应用长度大大减少，对于信号的干扰和减弱也起到了控制作用，从而节约了成本，对于系统的维护也变得更加的便利。
4 结语
综上所述，随着我国水利建设水平的不断提升，要想实现我国水电站监控系统科学高效的运行就必须做好监控系统分层分布结构的优化，通过不断的改进和完善，使监控越来越智能化、便捷化，为水电站建设节约监控成本，推动我国水电站建设的发展进程。
参考文献
[1]侯华.浅析水电站监控系统分层分布结构的优越性[J].云南水力发电，2011，26（2）：128-130.
[2]黄莉，张雪松.基于多Agent的水电站计算机监控系统体系结构[J].电力自动化设备，2008，28（3）：99-102.
微电网分层分布式能量优化管理 篇3
关键词：微电网,能量管理,分层分布式优化,多代理系统,模型
0引言
将分布式电源和负荷以微电网的形式组合起来,通过合理改变各类电源的工作状态,进行必要的负荷控制,能够减小系统环境污染,改善客户用电可靠性,提高能源利用经济效益,从而实现微电网的能量优化管理,这不仅是微电网系统不同于大电网的特殊性,也是微电网领域研究的重点与难点[1]。
由于微电源的功耗特性不同于传统电网中的同步发电机,因此等微增率原则不再适用于微电网能量优化管理[2]。 文献[3 - 5]针对系统的经济性、环保性和供电可靠性,建立了并/ 离网状态下微电网能量管理模型,但设计的优化策略依赖于中心控制器的性能,不能充分体现不同微电源的运行特性甚至无法反映同类微电源的不同控制目标。 文献[6-9]采用线性加权法、模糊优化法、小生境进化法、2层规划法对微电网能量管理的多目标优化问题进行了阐述。 文献[10-11]从微电网结构特点出发,提出了层次化的微电网控制与能量管理思想,但实现手段还是传统的主从控制策略,缺乏层间的协作与互动。 文献[12-14]将多代理(Agent)系统方法用于微电网能量调度中,描述了各Agent的任务并构建了多Agent系统平台,但缺乏针对不同优化问题尤其是多目标优化问题,采用不同方法的分层分布式应对机制的阐述。
本文以提高系统经济性、环保性和供电可靠性为优化目标,设计了并网微电网能量管理模型和相应的多Agent系统框架,针对系统单目标和多目标优化问题,基于Agent的自治性与协作性,提出了分层分布式的优化管理策略,通过MATLAB和JADE平台构建针对未来24 h的系统优化算例验证所提方法的正确性和有效性。
1微电网能量优化管理模型
1.1微电网模型
本文建立的微电网系统由光伏PV(PhotoVoltaic) 电池、风力发电机WT(Wind Turbine)、微型燃气轮机MT(Micro Turbine)、2组质子交换膜燃料电池PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)和蓄电池等分布式微电源组成,并通过联络线与配电网相连接, 其系统结构及单元间的分层分布式关系如图1所示。
为了体现本文提出的微电网分层分布式能量优化管理策略能够突出不同单元运行特性和控制目标的优点,设定:系统中MT和A组PEMFC工作在高效率区间;B组PEMFC输出功率尽可能小,由于PEMFC具有低温下迅速启动的优点[15],因此使其只在系统负荷较大时作为备用电源启动。
1.2目标函数
由于可再生能源发电享受优先调度权和电量被全额收购的优惠[4],因此本文微电网能量管理的对象是MT、PEMFC、蓄电池等可控单元。 分别针对系统经济性、环保性和供电可靠性定义相应目标函数。
1.2.1微电网的经济性
微电网的经济性可定义为包含耗能电源的燃料成本、各单元的管理成本以及与配电网间功率交换的购电成本或售电收益等费用的总和,如式(1)所示。
其中,n为微电源数量;Pi,t为微电源输出功率;cfuel,i和cm,i分别为各微电源燃料成本与管理费用;cp,t为t时刻配电网实时电价;Pex,t为配电网与微电网间交换功率,功率注入微电网为正,反之为负。由于蓄电池只考虑管理费用,因此,Pi,t表示其充放电功率时,需取绝对值。
1.2.2微电网的环保性
微电网的环保性可定义为系统内微电源输出功率以及配电网注入功率造成污染气体的排放,由此带来的污染气体治理费用的总和如式(2)所示。
其中,m为本文考虑的污染气体类型数量,fi，j、 fj和cj分别为第i个微电源或配电网产生的第j类污染气体的排放系数与相应治污成本,如表1所示[4，16]。
1.2.3微电网的可靠性
文献[17]中以功率供给亏欠率作为微电网供电可靠性指标,本文在此基础上基于实时电价信息,综合文献[18]提出的分级切负荷思想、文献[19]提出的高赔偿可中断负荷的概念,以对停运负荷的补偿费用作为衡量系统供电可靠性的标准,如式(3)所示。
其中,μi，t为t时刻各类型负荷相对实时电价赔偿系数;Pls_i，t为切除某类负荷的大小。
1.3约束条件
将微电源的不同运行特性和操作人员的控制目标作为约束条件并入微电网能量优化管理模型中。
由于合理的切负荷操作比全负荷供电具有更高的经济效益[20],因此本文允许进行切负荷操作,但需满足功率平衡约束式(4)和负荷削减量约束式(5)。
其中,PLoad，t和Pls，t分别为t时刻负荷预测量和负荷削减量的大小;εls，t为t时刻负荷削减量与负荷预测量的比值,εlsmax为该比值的最大设定量。
并网状态下,微电网与配电网间的交换功率具有双向最大值约束,如式(6)所示。
由于本文只考虑电负荷需求,不考虑MT的热电联供效应,因此,作为输出功率可控的MT和PEMFC, 其约束条件主要包括输出功率上、下限约束和单位时间输出功率变化率约束,分别如式(7)、(8)所示。
由于B组PEMFC只在负荷较大时作为备用电源使用,优化计算中对其不考虑式(8)所示约束条件。
蓄电池是微电网中价格较高的单元,因此,合适的约束条件和合理的控制参数对于改善蓄电池的使用寿命具有重要作用。
a. 充放电深度约束:合理的工作区间有利于延长蓄电池使用寿命和提高工作效率[21],因此,其荷电状态SOC(State Of Charge)约束如式(9)所示。
b. 充放电功率约束:蓄电池单位时间充放电功率 ΔPBat受其物理性质制约,根据文献[22]所述,限定其在a中所述SOC工作区间内的充放电功率和蓄电池额定容量CBat的关系如式(10)所示。
c. 充放电转换次数约束:充放电深度决定了蓄电池循环总次数[23],即使用寿命。 通过限制其每天充放电转换次数TBat以延长工作时间,如式(11)所示。
d. 状态一致性约束:每天00:00与24:00时蓄电池的荷电状态需保持一致,如式(12)所示。
a—d中,下标max和min表示变量的上、下限。
综上所述,本文中微电网能量优化管理的目标, 即为根据PV、WT和系统电负荷的预测信息,在满足式(4)—(12)所示约束条件的基础上,采用提出的分层分布式优化策略,制定未来24 h每时刻各单元的调度计划,使得式(1)—(3)单独定义或组合表示的系统单目标或多目标优化的目标函数取得最小值, 即为微电网经济性、环保性和可靠性的最优解。
2微电网分层分布式能量优化策略
不同于广泛采用的集中式优化策略,本文根据微电网的结构特点,以式(1)—(3)最小化为优化目标,采用遗传算法作为计算方法,TCP / IP协议作为通信手段,依靠微电网中心控制器MGCC(MicroGrid Central Controller)、微电源控制器MC (Microsource Controller)、负荷控制器LC(Load Controller)间的相互协作,分别针对系统单目标与多目标优化问题,设计相应的微电网分层分布式能量优化策略。
2.1单目标优化策略
针对微电网系统能量管理的单目标优化问题, 设计了2种分层分布式的优化策略,如图2所示。
由图2可知,本文提出的分层分布式能量优化管理策略包含以下4个阶段。
阶段1:微电源分布式计算。 各MC将控制单元可调功率范围信息上传给MGCC,2种方法区别在于方法1中各单元可调功率范围仅与其额定功率有关,而方法2中还考虑到了用户对于所控单元未来24 h运行目标的控制指令,因此方法2上传信息是方法1上传信息的子区间。 除此之外针对不同优化目标,方法2还将各单元发电成本、污染气体排放系数等预测信息一并上传,由MGCC根据反馈结果,并参照LC发布的预测信息细化式(6)、(7)的约束条件。
阶段2:MGCC优化。 MGCC根据各微电源输出功率可调范围信息,在切负荷操作允许范围之内,考虑式(4)—(7)、(10)所示约束条件(图2中以①表示), 采用遗传算法得到优化计算可行解,并将此解传递给各MC。
阶段3:分布式并行调节。 MC基于自身运行特性和用户指令要求,定义式(8)、(9)、(11)、(12)所示约束条件(图2中以②表示),完成对可行解的修改工作,并将修改后的可行解和MC所能接受的调节范围一并上传给MGCC。
阶段4:生成最终解的全局协调。 MGCC以MC反馈结果为基础,将配电网视为平衡机组,在不超过Pexmax的条件下生成最终解。 如出现交换功率越限的情况,则根据MC发电成本或污染排放等信息,采用MC反馈信息中包含的可接受的调节范围进行微调。
综上所述,MGCC采用遗传算法进行优化计算过程中,只考虑了部分约束条件,因此相对于传统集中优化而言,具有较快的运算速度,之后MC的调节过程属于并行计算,具有很高的计算效率。
以方法2为例,针对不同的优化目标,介绍相应的分层分布式优化方法。
2.1.1微电网经济性优化
在分布式计算阶段,MC根据用户控制要求,计算各单元运行区间以及相应的最高与最低运行成本,并与MGCC发送的实时电价信息进行比较,将比较结果与工作区间反馈给MGCC,MGCC基于此反馈信息和负荷预测值,根据图3所示流程图和表2所列管理方案,细化各电源的可调功率范围信息。 图3中cFCmax 、cFCmin和cMTmax 、cMTmin分别为PEMFC和MT的最高运行成本与最低运行成本。 从本文第3节的介绍中可知,上述4个变量具有cMTmax >cMTmin >cFCmax >cFCmin的数学关系。
对于蓄电池充放电管理除了表2中明确表示的方案A中充电、方案E中放电,其他情况下蓄电池可充可放。 B组PEMFC启动原则在2.1.2节中介绍。
在分布式调节阶段,MC参照优化计算可行解中各时刻输出功率间的变化关系,根据约束条件的限定要求修改此可行解,修改后的解不仅完全体现各单元的运行特性和用户的控制要求,而且与可行解具有一致的变化规律,在某些时刻甚至完全一致。
2.1.2微电网环保性优化
在分布式计算过程中,MC将各单元与配电网间污染气体排放的比较信息,以及用户设定的工作区间上传给MGCC,从表1可知PEMFC环保效益最高, 其次是MT,因此MGCC按图4所示流程图以及表3所列应对方案细化各单元可调功率范围信息。 图4中PFCA max和PFCA min分别为A组PEMFC功率调节范围的上、下限。
不同于微电网经济性优化,环保性优化过程中各电源污染气体排放情况不随时间变化,并且蓄电池能量也是通过充电过程获得,所以蓄电池只有在交换功率为负时充电、为正时放电才能起到改善系统环保性的作用。 为了减小蓄电池的充放电次数延长其使用寿命,在环保性优化中,蓄电池只在方案F中充电,方案J中放电,其余时刻不充不放。
当MT、A组PEMFC和交换功率最大值总和小于t时刻负荷值时,即为B组PEMFC启动条件定义的系统负荷较大时,如图4所示。 B组PEMFC启动原则适用于本文所有单目标、多目标优化计算。
MC的分布式调节只与微电源运行特性和用户预期控制目标有关,与系统级优化目标无关,因此微电网环保性优化的分布式调节与经济性优化一致。
2.1.3微电网可靠性优化
不同于经济性和环保性优化,微电网可靠性优化的分布式计算阶段,MC仅需将各单元的可调功率范围直接上传给MGCC,而MGCC也无需进行任何处理,直接以此范围作为遗传算法变量的定义域。
可靠性优化的分布式调节阶段与上述2种优化的分布式调节过程完全一致。
2.2多目标优化策略
采用传统单目标加权法处理多目标优化问题时,权重系数对求解结果影响很大,无法得到全局最优的Pareto解集[24]。 针对系统经济性、环保性和供电可靠性构成的多目标优化问题,本文基于多目标优化计算得到的Pareto解集,采用下述2种分层分布式的优化策略获取微电网最优能量管理方案。
a. MGCC以系统经济性、环保性作为多目标优化,采用遗传算法求取Pareto解集,再利用供电可靠性作为评价指标,以Pareto解集中可靠性最高解(对应式(3)取最小值)作为多目标优化的最优值。
b. MGCC以微电网经济性、环保性和供电可靠性作为多目标优化,采用遗传算法求取Pareto解集, 将此解集传递给各MC,MC以所控单元的运行特性和控制目标定义的约束条件作为评价指标,完成对Pareto解集的评定工作并反馈给MGCC,MGCC综合各MC的反馈信息最终生成多目标优化的最优值。
上述2种多目标优化的程序流程与图2中单目标优化方法2的流程一致。 将单目标优化分布式计算所得变量定义域的并集作为遗传算法多目标优化中变量的定义域。 对于2种多目标优化方法得到的最优值,采用与单目标优化相同的分布式调节方法。
2.3遗传算法
MGCC采用遗传算法进行微电网能量管理优化计算,根据各单元输出功率调节范围,以及式(5)表示的允许负荷缺电率大小,随机生成包含100个个体的初始种群,经过500代选择、交叉、变异的迭代计算得到单目标或多目标的优化解。 其中选择操作采用个体数为4的锦标赛选择法,交叉操作与变异操作分别采用式(13)和式(14)所述数学方法。
其中,xc、xm分别为交叉与变异操作子个体;xparent1、xparent2为交叉操作父个体;p为交叉率;xi,j为种群中第i个个体的第j个基因;xmax、xmin分别为相应基因的最大、最小值;d为当前迭代次数;T为最大迭代次数;r1、r2均为随机变量。由此可见,本文采用的遗传算法是与迭代代数相关的自适应算法。
初始种群生成与迭代进化过程中,确保种群中每个个体均满足各单元输出功率范围的要求,以及允许切负荷大小的约束,这种进化思想既使得优化解可行,也减轻之后MC分布式并行调节的负担。
3多Agent系统结构
将多Agent系统方法用于微电网分层分布式能量优化管理中,赋予系统中每个单元Agent的角色, 定义各Agent的任务。 利用代理的自治性,在优化解的生成过程中,体现了各单元的运行特性和控制目标;利用Agent的协作性,将传统集中优化转为效率更高的分布式并行计算,弱化了对MGCC性能的要求。
基于图1中微电网结构,建立满足图2分层分布式优化策略要求的多Agent系统框架,如图5所示。
从图5中可见,健全的通信网络和完善的Agent通信语言和协议是实现本文提出的优化策略的基础,采用满足FIPA国际标准的Agent通信语言ACL和Contract Net等协议进行交互,并利用TCP / IP协议确保不同层次、不同单元间协作信息的可靠传输。
基于表4所列微电网系统的参数信息,设计各Agent的工作任务。
a. MGCC Agent:负责与系统中各单元Agent通信,了解各单元的基本信息,采用遗传算法进行优化计算,并根据各微电源Agent的反馈信息进行全局协调,由此形成最终的发电和切负荷计划。
b. PV Agent和WT Agent:根据气象预测信息, 将其输出功率预测值上传给MGCC Agent。
c. 蓄电池Agent:分布式计算阶段,将蓄电池基本信息和式(10)所示约束条件上传给MGCC Agent; 分布式调节阶段,按照式(9)、(11)、(12)所示约束条件修改MGCC优化计算的可行解,并将修改后的值反馈给MGCC Agent;对于多目标优化, 蓄电池Agent综合考虑充放电转换次数与充放电功率2个因素,按照式(15)所示评价函数完成对Pareto解集中解的评价工作。
其中,a0—a4取值1.072、0.082、0.063、2.387 × 10- 3、 8.505 × 10-4,相应的评价函数曲线如图6所示。
d. MT Agent:分布式计算阶段,用户根据图7(a) 所示MT效率曲线设定其工作区间,本文设定MT工作效率不低于28.5%,对应输出功率范围为26~30 kW。 MT Agent将此调节范围与MT运行成本或污染气体排放情况上传给MGCC Agent。
MT运行成本与其效率有关, 因此式(1) 中的MT燃料费用[25]采用式(16)进行运算。
其中,cfuel和VLH分别为天然气单价和低热值,分别取2.05元/ m3和9.7 kW·h / m3;ηMT为MT运行效率。
在分布式调节阶段,MT Agent根据输出功率变化率约束式(8)修改MGCC优化计算可行解。
对于多目标优化,MT Agent综合运行效率与输出功率变化率2个因素,按照与图6类似的评价函数曲线完成对Pareto解集的评价工作。
e. A组PEMFC Agent:根据图7(b)所示效率曲线设定其工作效率不低于61%,对应输出功率为7.4~11.2 kW。 A组PEMFC Agent的其他任务,如燃料费用计算与多目标评价函数,与MT Agent基本一致。
f. B组PEMFC Agent:利用Agent自治性突出各单元不同特性和控制目标,彰显多Agent系统优点。 区别于A组PEMFC任务,B组PEMFC Agent使其尽可能少发电或不工作,仅在负荷较大时参与调节。 对于多目标优化,B组PEMFC Agent按照输出功率尽可能小的原则完成对Pareto解集的评价工作。
g. 负荷Agent:分层分布式优化计算开始前,将不同类型负荷的预测信息和赔偿系数上传给MGCC Agent;优化计算之后,按时执行最终的切负荷计划。
4仿真与分析
采用MATLAB作为系统能量优化计算工具,在实验室百兆以太网环境下,利用JADE平台在多台计算机上构建分层分布式的多Agent系统框架。 根据图8所示的PV、WT和负荷预测信息,分别针对不同优化目标实现相应的分层分布式能量优化管理。
4.1微电网单目标优化
基于微电网能量优化管理模型,针对系统经济性、环保性和供电可靠性的优化目标,采用分层分布式的优化策略和遗传算法进行迭代计算,并与传统集中式的优化结果进行比较,如表5所示。
由表5可见,本文设计的微电网分层分布式能量优化管理策略,由于迭代计算环节并不考虑所有的约束条件,而将部分约束条件在各单元Agent的分布式调节中通过并行计算予以实现,因此,相对于传统集中优化而言,具有更高的运算效率和相近的计算结果。
从表5中不难发现,单目标优化方法1相对于方法2在生成初始种群环节具有更快的速度,但在迭代计算过程中耗时更长,这是因为方法1初始种群中各电源的额定输出功率即为各变量的定义域, 而方法2中经过各Agent的分布式计算,各变量的定义域已是考虑了微电源运行特性和用户控制要求的功率区间,因此方法1变量的取值范围更广,更易生成满足式(5)约束的初始种群。 而在迭代计算过程中,随着迭代次数的增加,式(14)中f(d)取值增大, 并且变异操作需与该变量的最大、最小值进行减法操作,方法1由于变量取值范围更广,因此变异操作易造成个体中某变量突变,从而不满足式(5)所示的负荷的范围要求,所以方法1在迭代计算环节耗时更长。
上述研究是针对包含4个可控微电源的并网系统,为了进一步说明本文提出的分层分布式能量优化策略相对于传统集中式优化的优越性,在运算参数完全相同的条件下,针对包含40个可控微电源的并网系统的经济性进行优化计算,从表6所列结果中可见所设计的分层分布式策略具有更加显著的运算速度优势,并且优化结果也优于传统集中式优化。
4.2微电网多目标优化
分别采用本文提出的2种分层分布式多目标优化方法处理微电网能量管理问题,所得Pareto解集和相应的处理结果分别如表7、8所示。
方法1中MGCC Agent针对微电网经济性和环保性的多目标优化计算后,采用供电可靠性作为评判依据选定Pareto解集中的解1作为优化可行解, 对此解经过各微电源Agent的分布式并行调节过程之后,得到最终的电源出力与切负荷计划,此时系统经济性、环保性和供电可靠性指标分别为818.138、 249.803、8.643。 由于需满足各单元的运行特性和控制目标,因此分布式并行调节后系统各项指标不同于调节前的可行解。
方法2中MGCC Agent针对微电网经济性、环保性和供电可靠性的多目标优化计算后,将Pareto解集传递给各单元Agent进行评价,之后MGCC Agent综合各Agent的评分,选取表8中得分最高的解3作为优化计算的可行解,在经过各Agent的分布式并行调节过程后,最终得到各单元的发电和切负荷计划如图9所示。
本文提出的微电网分层分布式能量优化管理策略,无论针对系统单目标优化还是多目标优化问题, 都能得到与图9类似的波形曲线,从中可见分布式并行调节只是各单元Agent对MGCC Agent优化计算可行解的微调,两者具有类似的变化规律,某些时刻甚至完全一致,其优势在于既遵从了MGCC全局优化计算的优化结果,又能更全面地体现各单元的运行特性和控制目标,并具有更高的计算效率。
虽然本文是以预测信息为基础制定未来24 h每时刻各单元的调度计划,但提出的优化策略也适用于基于短期或超短期预测的微电网能量优化,通过在不同时间尺度下取舍分布式交互环节的次数以提高优化速度,例如针对超短期优化可直接忽略图2中MC分布式调节环节中与各单元使用寿命相关的约束条件,而仅保证MGCC优化迭代计算环节与微电源性能相关的约束条件的实现。
5结论
分层分布式监控 篇4
【关键词】分布式照度仪；城市照明自动化监控
在城市照明领域，目前应用比较广泛的是采用时控法和光控法对城市照明进行开关灯控制。
所谓的时控法，是以时间为唯一的开关灯依据，不论在任何季节条件下均只能在预先设定的时间进行开关灯，它有如下缺点：1.随着季节或气候的变化，需要人工干预来调整开关灯时间；2.在阴雨天光照度不足的情况下不能提前开灯，给市民出行活动带来不便，同时在晴朗天气的情况下已经开了灯但光照度仍然充足，不能提前关灯，造成浪费电力；3.绝大多数的时控设备的时钟走时精度不高，造成开关灯的时间误差。
所谓的光控法，是以照度仪实测的光照度满足预设的开关灯条件来控制路灯的开关。目前光控法广泛采用了在监控中心区域安装照度仪来实现对整个监控区域的开关灯，它有如下缺点：1.照度仪的量程大（0－20000Lux），在光控开关灯的照度敏感区域（0-100Lux）内的照度测量误差较大；2.整个监控区域只安装一套照度仪来实现对整个监控区域的控制，造成管理的粗放，对季节性的短时雷雨暴风天气应对能力差；3.没有冗余控制，在光线不足的白天或有强光照射的夜晚，可能发生误动作；4.城市夜晚景观灯的建设对光控在市区的使用影响很大。
远程分布式照度仪在城市照明自动化监控系统中的应用，克服了以上两种传统城市照明控制方法的不足。该系统采用时控和光控相结合的路灯控制方案，在正常情况下采用时控进行开关灯，同时系统会根据分布式照度仪的实测照度值来决定区域或路段路灯的开关，即能在阴雨天自动延长照明时间，在晴好天气自动缩短照明时间，又能在在特殊情况下（如日食等特殊情况）也可以实现白天亮灯，这些措施可满足市民对道路照明的需求，又避免了路灯的无畏开启，减少了开灯时间，从而节约了大量的电能，可以产生较好的社会效益。
一、系统构成
远程分布式照度仪在实际应用中，需要结合城市照明自动化监控系统的三遥功能。整个系统由前台分布式照度仪系统、通讯系统、后台城市照明自动化监控系统三个部分组成。前台分布式照度仪系统实时测量照度值与预设值的开关灯限制比较，达到开关灯条件后，将开关灯指令通过通讯系统发送到后台城市照明自动化监控系统，后台系统对预设区域和路段的照明控制点发送遥控开关灯指令来实现分区域和路段的开关灯控制功能。该系统使城市照明管理更加精确、人性化，即通过合理的控制开关灯实现节能减排，又能满足不同区域人类活动对照度值的要求，使城市照明管理向数字化、科技化、精细化管理迈进。
二、分布式照度仪系统
分布式照度仪系统主要由照度采集探头、照度处理器、数据传输单元（DTU）三个部分组成。照度采集探头主要功能是实时测量外界照度值，并且通过与照度处理器连接的485通讯线路，将实测数据传输到照度处理器，照度处理器最多能够连接8个照度采集探头；照度处理器的主要功能是存储照度采集探头的实测照度值，并且根据预设值在照度处理器内部的相关参数，分析出是否满足开关灯条件情况；数据传输单元（DTU）主要起到前台分布式照度仪与后台城市照明自动化监控系统之间的双向通讯作用，即分布式照度仪系统即可主动报告开关灯指令，又可以接受后台城市照明自动化监控系统的遥控指令。
然而，城市照明的质量关系到民生的意义重大，任何误操作都是不能被接受，因此，有必要采取相关技术措施，来确保分布式照度仪系统在城市照明自动化监控系统中能够稳定、可靠的运行。
1.照度采集探头的低量程和高精度
在城市照明的实际应用中，开关灯的照度值一般在20—50Lux左右。目前市场上的照度仪由于测量范围宽，一般在0—20000Lux左右，这样在50Lux左右的照度时误差非常大，造成对城市照明的控制精度差。因此照度采集探头设计的量程范围为0—200Lux，同时选用的照度传感模块线性度高，受外界温度等环境影响小，照度值的处理采用温度补偿，更是进一步的提高了照度采集探头的精度，保证照度值的准确性、可靠性，有利于决策、分析。
2.冗余技术和投票表决程序
分布式照度仪系统中，采用了广泛应用于航天和军工方面的冗余技术，即每个照度处理器均可连接最多八个照度采集探头，避免了单个照度采集探头的故障对城市照明的误动作而造成重大恶劣的影响。同时照度处理器内部集成智能的投票表决程序，该程序的原则是多数通过，即照度采集探头的照度值，当多数达到预设的开关灯条件时，将触发开关灯程序。
3.闭锁技术
该技术的应用基于的前提是：在白天的时候，天空的亮度可能会因为气象原因而变暗；而在夜晚的时候，天空的亮度不会因为气象原因而变亮。照度处理器中可设置一段闭锁时间区域，在该区域内部，可以达到光控开灯条件，但是不会发生光控关灯条件。在实际应用中，可将当天的开灯时间区域设置为闭锁时间，那么在夜晚的时候，不会因为闪电以及城市照明的灯光直接射到照度采集探头上而触发关灯程序。该技术解决了分布式照度仪系统在夜晚受到外部条件影响的问题。
4.通讯模块化以及通讯高成功率
随着科学技术的发展，通讯技术也越来越成熟。在城市照明自动化监控领域，从传统的虚拟专用电话网络，到后来广泛应用的无线电、GSM、GPRS、CDMA等通讯网络，以及现在新兴而趋于成熟的3G网络，可供选择的通讯网络很多。分布式照度仪系统需要与城市照明自动化监控系统之间通讯，主要由数据传输单元（DTU）完成该功能。照度处理器与DTU之间采用RS232接口，因此用户可以根据已经建成的城市照明自动化监控系统所使用的通讯系统，来选择相应的DTU模块，用以适应已经建成的城市照明自动化监控系统。为了保证照度仪系统的稳定性和可靠性，同时要求DTU具有高的在线率以及通讯成功率。
三、技术参数和性能指标
1.技术参数
1）照度采集探头量程范围：0－200Lux；
2）照度采集探头精度误差≤1%；
3）工作电源：180V-250V（AC）；
4）功耗：≤3W；
5）通讯正确率：≥99.9%；
6）耐压：3000V（AC），1分钟；
7）系统时钟的时间精度达每年±1分钟；
8）环境温度：-30℃～+80℃（满足南北方不同环境的需要）。
2.性能指标
1）照度处理器与照度采集探头之间采用RS485总线通讯。
2）照度处理器可设置、查询各照度采集探头的各项设定和数据。
3）照度处理器收到照度采集探头发出的照度值时，应进行智能判断处理，达到开关灯条件时，通过DTU发送指令到监控中心。
4）开关灯的决策依据按照投票表决多数优先的原则进行。
四、总结
远程分布式照度仪采用了传感技术、电子技术、通讯技术、微控制器技术、计算机及网络技术，其结合城市照明自动化监控系统的应用，能满足不同区域、不同路段对光照度的不同要求，使城市照明的开关灯控制更加精确、更加合理、更加人性化。即能通过合理的控制开关灯实现节能减排，又能满足不同区域人类活动对照度值的要求，真正实现精细化管理。
作者简介：刘志祖（1984—），男，湖北人，现供职于广州正力通用电气有限公司，研究方向：城市照明自动化监控管理、城市照明智能节能装置、城市照明线路监测防盗。
分布式网络监控系统的分析与设计 篇5
由于分布式的网络监控系统采用典型的B/S的工作模式来完成整个系统的架构。使得监控浏览范围大大扩展, 这意味着可以上网的计算机只要安装了客户端监控软件, 获得授权的用户便可以通过网络看到任何一个监控现场的实时图像, 并且可以控制前端摄像机的转动、变倍以及前端辅助设备的开关并且能够收听到现场的声音;系统中的管理服务器安装服务端软件可完成对多个视频流进行统一管理, 设置如存储、检索、回放、访问权限、管理权限等。
1 网络视频监控系统的硬件结构
整个硬件系统分为:显示操作, 监视控制, 通信处理三个部分, 其中视频服务系统负责完成远程监控, 数据库服务器, 以及内网与外部网络的连接通信。D V R (硬盘录像机) 将随时对摄像头以及传感器上传的数据加以分析;一旦发现异常的情况, 它可以及时地通过网络视频服务系统将报警信号传输给有关部门。网络视频服务系统还可以控制对应的摄像头云台, 捕捉所需要的画面, 完必要的无人智能操作。
D V R上连接摄像头和传感器, 摄像头主要用来捕捉画面的, 而传感器是用来判断报警的条件是否满足的。监控机只是负责采集本地范围内的数据, 并将它们汇总到工作站加以处理, 分析, 压缩加密存储。远程网络的传输可以是Internet也可以是公用电话网。
2 软件体系架构
分布式网络视频监控系统分为主控子系统、视频转发子系统、文件服务子系统、报警服务子系统四部分, 为用户提供实时网络视频监控服务、录像服务、语音对讲服务、报警监控服务以及报警处理服务。
网络视频监控系统采用分布式的系统器文件服务器分布式网络监控系统
献标识码]A[文章编号]
架构, B/S体系结构, 基于TCP/IP网络平台。为MPEG4压缩标准的嵌入式网络DVR提供视频服务, 通过分布式的视频服务器统一管理对视频流的转发、集中录像。每个视频服务器可连接前端1一100台DVR, 支持1-200个并发用户;通过文件服务器对IE客户端提供远程回放服务;通过主控服务器统一管理用户、电子地图相关信息, 通过事件服务器处理设备报警, 并统一记录到后台数据库。IE客户端通过电子地图可直观地取基于TCP/IP的分布式网络监控系统的分析与设计网络视频监控系统基本框架及控制流程得报警信息, 通过网络远程访问、控制前端设备。
3 分布式网络视频监控系统的处理流程
主控子系统负责各子系统登陆、管理、控制及系统内服务的控制, 设备管理以及设备操作, 用户操作日志记录、查询, 录像日志查询, 参数设置、查询。其主要功能如下:
(1) 子系统管理:负责子系统登陆, 子系统状态管理, 子系统控制, 系统时间校正。 (2) 用户管理:负责用户注册/注销, 权限的编辑;客户端的登陆, 用户请求电子地图时的权限认证;用户状态管理;用户日志。 (3) 设备管理:电子地图与设备列表的下发;设备状态的管理;设备故障、报警时向客户端下发。 (4) 数据设置:系统配置参数设置。 (5) 设备操作:云台摄像头操作;设备的布防、撤防。 (6) 录像查询:对告警录像、手动录像、定时录像、移动侦测录像进行查询。
主控系统作为本系统的中心控制端, 在系统启动时, 需要首先启动, 等待其它子系统的登陆以及客户端的登陆。主控系统在其他子系统或客户端登陆后维护子系统状态、服务的状态以及用户状态。用户的各业务请求首先提交到主控端, 或者由主控端进行处理, 或者由主控端指定某子系统进行处理。
主控端子系统内部模块划分如下: (1) U D P通讯对象:主要负责主控系统与各子系统之间的通讯。 (2) 用户管理对象:负责与客户端之间的通信, 负责用户状态管理, 用户命今的接收与下发。 (3) 子系统管理对象:负责各子系统的管理和操作。子系统对象负责服务的管理, 即:录像服务, 每一视频通道转发服务等。当客户端有视频请求时, 通过此对象查询通道服务是否打开。该对象和设备管理对象共享一个视频通道列表。 (4) 设备管理对象:负责电子地图及设备列表的生成, 设备 (视频通道) 状态的维护。 (5) 设备操作对象:该对象负责具体设备的操作 (包括云台摄像头操作) 。该功能模块以管理方式登陆DVR, 对DVR上的设备进行操作, 或者与其他系统连接, 进行设备的控制。
4 系统分析
对于大型的监控系统来说, 网络监控相对本地监控有着无可比拟的优势, 具体体现在监控方式更灵活、系统施工和维护造价相对低廉、可保存的数据量更大、数据保存方式更多、数据应用形式更广、系统集成度更高。而另一方面, 以网络为基础的视频监控突破了时间、地域的限制, 只要有网络存在的地方就可以建立网络监控系统, 省去了传统的布线和线路维护费用, 降低了监控成本;用户在授权的情况下, 就可以不受地域限制随时按需监控, 实现即插、即用、即看。
结语
我们知道, 图像是一个恒定的信息流, 而在因特网内部, 信息却不是一个恒定的流。在图像传输过程中, T C P先将发送的信息分解成多个基于TCP/IP的分布式网络监控系统的分析与设计总结与展望数据包, 每一个数据包用一个序号和接收地址来标定, 并插入一些纠错信息, 按序组合并保证可靠性传送。而Internet协议则将数据包通过网络传送给远程主机并负责数据包的寻址。在另一端, T C P接收到数据包并核查错误, 若有错误发生, T C P要求重发这个特定的数据包, 只有所有的数据包都被正确地接收, T C P才用序号来重构原始信息。基于网络传输的这些原理, 网络视频监控对网络有着很大的依赖性。而图像质量、网络速度、传输时延、网络安全等问题, 也将成为大家关注的焦点。
参考文献
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[2]数字视频解决方案[M]北京:机械工业出版社, 2004:262.
[3]钟玉琢, 向哲.沈洪流媒体和视频服务器[M].北京:清华大学出版社, 2003:210.
[4]AlanBov水图像与视频处理手册 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2006:200.
一种分布式电源监控系统设计方案 篇6
分布式电源(DG)通常指直接接入配电网并且分布在用电负荷附近的小型发电机组。其容量大多在几十千瓦到几十兆瓦之间。
支持分布式电源的大量接入是智能电网[1,2,3,4,5,6,7,8]的重要特征,而且分布式电源具有波动性、间歇性特征,其可控制性、可预测性均低于常规电源。大规模分布式电源接入电力系统将给系统调峰调频、并网控制、运行调度、功率预测、供电质量[9,10]等带来巨大挑战。本文提出了一种分布式电源监控系统[11,12,13,14]的设计方案,目的是通过对分布式电源的监测和协调控制,一方面可实现对分布式电源的有序利用,另一方面可实现配电网的安全、可靠运行。
1 分布式电源监控系统体系结构
分布式电源具有分布区域广、采集点多、信息量大、与配电网和用电负荷耦合性强等特点,信息之间的共享和交互要求较高。因此本文提出的分布式电源监控系统采用分散采集、区域汇集、集中处理和其他应用系统互联的体系结构,确保系统的可靠性、安全性、实用性和扩展性。
分布式电源监控系统主要由分布式电源监控主站、分布式电源远方终端、分布式电源监控子站(可选)和通信系统组成,监控系统体系结构[9,10,11,12]见图1。
其中,分布式电源监控主站是分布式电源监控、管理的中心,主要实现分布式电源数据采集与监控、保护与并网控制等基本功能和远方孤岛检测、调度及协调控制等扩展功能,并可实现与其他相关应用系统互联;分布式电源远方终端安装在分布式电源运行现场的自动化装置,实现监测、保护、控制、计量等功能。根据分布式电源的类型和容量,可配置不同的采集项目。分布式电源监控子站是主站与远方终端的中间层设备,通常用于通信汇集和处理,也可扩展实现区域内的高级应用功能;通信系统是连接分布式电源监控主站、远方终端和监控子站之间实现信息传输的通信网络,在建有配电自动化或用电信息采集系统的地区,可考虑和它们复用通信网络。
2 分布式电源监控系统具体设计
根据分布式电源监控系统的体系结构,监控系统具体设计方案包括主站系统设计、监控子站设计、远方终端设计和通信网络设计。
2.1 分布式电源监控主站设计
分布式电源监控主站应构建在标准、通用的软硬件基础平台上,具备可靠性、可用性、扩展性和安全性,并根据各地区的分布式电源规模、实际需求等情况选择和配置软硬件。分布式电源监控主站应有安全、可靠的供电电源保障。
分布式电源监控主站设计包括主站硬件平台设计和软件平台设计。软硬件平台设计时需要充分考虑分布式电源的接入规模、高级应用功能实现等。硬件平台是软件平台的载体,设计时需要充分考虑硬件配置情况,既需要避免不必要的冗余浪费,也需要有足够的能力充分展示软件功能,图2给出了分布式电源监控系统的硬件架构。
远方终端负责采集分布式电源的实时信息,并将所有信息最终汇集给SCADA前置服务器或GPRS服务器,送达内部数据总线,交给数据库服务器、磁盘阵列、SCADA服务器等处理。工作站是实现高级应用功能的重要人机交互设备。硬件系统同时还考虑了与其他应用系统的互联,支持用户通过Web浏览器访问相关信息,为确保信息安全,Web服务器和内部数据总线之间需要加装单向物理隔离设备。
分布式电源监控主站软件构建在硬件平台上,具体还可以细分为3层,即操作系统层、支撑平台层和应用功能层,图3给出了分布式电源监控系统的软件架构。
操作系统层描述了主站可支撑多种类型的操作系统,包括HP Unix、Linux和Windows等,能够实现跨平台的功能移植及应用,支撑平台层包括实时数据服务、历史数据服务、图形界面服务、通用报表服务等,它们是应用功能所应用的通用模块。应用功能层是主站高级应用功能的集中体现,包括分布式电源SCADA、计量管理、并网管理、孤岛检测等,它们可以充分展示分布式电源监控系统的各项功能。由于采用了分层的软件架构,软件功能划分及实现变得清晰,层与层之间的接口设计更加规范化。
分布式电源监控主站软件功能可分为基本功能和扩展功能。基本功能是完成分布式电源监控必须要有的功能模块,扩展功能是指为了实现更多拓展的功能应用。
基本功能包括数据采集、数据处理、计量管理、控制操作、事件处理、人机交互、保护控制、并网控制等。
扩展功能包括综合数据统计、发电功率预测、计划性孤岛、远程孤岛检测、调度与协调控制、Web浏览功能等。
主站功能的配置原则是在具备基本功能的基础上,根据实际需要合理配置扩展功能。例如在分布式电源各类采集数据(环境数据、模拟量数据、逆变器工作数据及电能量数据)的完整性和准确性满足要求的前提下,可配置数据综合统计的功能;在环境数据(对于光伏电池包括光照强度、光线入射角度等)的采集满足要求的前提下,可配置发电功率预测功能;如在采集点功能配置齐全、与其他应用系统交互信息充分的情况下,以及主站功能成熟应用的基础上,可配置远程孤岛检测、调度及协调控制和Web功能等。
2.2 分布式电源监控子站设计
分布式电源监控子站是为优化系统结构层次、提高信息传输效率、便于通信系统组网而设置的中间层,实现所辖范围内的分布式电源采集信息汇集、处理或分布式电源区域并网管理、通信监视及孤岛检测等功能。
分布式电源监控子站一般根据需要设置在大型居民住宅小区、大型商业区或大型工业区等配电室或监控室。
分布式电源监控子站可采用Atmel、Power PC等嵌入式硬件平台,采用Linux、Vx Works等嵌入式操作系统,便于系统维护和各种应用功能的实现。监控子站功能包括基本功能和扩展功能。基本功能包括通信汇集、转发,子站设备的维护和自诊断;扩展功能包括孤岛检测和分布式电源的并网管理。图4为分布式电源监控子站的架构。
a.通信汇集、处理及转发。负责所辖区域内分布式电源远方终端的数据汇集、处理与转发,兼容多种通信规约,包括DL/T 634或其他国内标准、国际标准。
b.维护及自诊断。应具备当地人机交互接口、远方操作、维护功能,包括程序下装、参数设定、工况显示、系统诊断等功能。应具备自检功能,故障时能传送报警信息,异常自复位功能。
c.分布式电源并网管理。监控子站应实时监测管辖区域内的分布式电源运行状况、区域内的电压/无功分布情况,当区域内的分布式电源请求并网发电时,子站应根据接入的分布式电源特性和接入点电网的电压/无功状况,决定分布式电源并网的最佳时刻,并发出允许并网命令。
d.分布式电源区域孤岛检测。一方面,当管辖的区域内出现故障时,监控子站应能将故障区域内的分布式电源采用主动孤岛的方式,要求分布式电源停止向主网供电。另一方面,当管辖区域内的分布式电源处于孤岛运行状态时,监控子站应能根据储能设备的配备情况,在分布式电源允许孤岛运行的时间内,在恰当的时刻将分布式电源从孤岛系统中断开。
2.3 分布式电源远方终端设计
远方终端用于现场采集各种类型的分布式电源,包括光伏电池、小型风电、生物质发电设备、燃料电池及储能设备等。分布式电源远方终端架构由硬件平台及软件功能组成,如图5所示。
远方终端硬件平台是支撑软件功能的重要基础,由一系列采集和处理单元组成,包括处理器单元、通信单元、开入/开出单元、采样计量单元、电源单元及人机交互单元等,用于实现对分布式电源数据信息的综合采集及监控。
远方终端软件功能包括模拟量、开关量数据采集与处理以及重要数据的采集;双向计量、直流计量以及电能量数据的抄收和远传;响应分布式电源监控主站各种遥控、遥调命令;本地化电压无功控制功能;本地孤岛检测功能;可实现无扰动的同期并网功能;并网点的电能质量监测和分析以及基于多种新算法的并网点继电保护功能等。
2.4 分布式电源监控通信网络设计
分布式电源监控系统通信网络既可采用单一的通信网络,也可以采用混合通信网络。目前常用的通信网络包括光纤专网、配电线载波、无线专网和无线公网等。
a.光纤专网通信方式宜选择以太网无源光网络、工业以太网等光纤以太网技术;
b.中压电力线载波通信方式可选择电缆屏蔽层载波等技术;
c.无线专网通信方式宜选择符合国际标准、多厂家支持的宽带技术;
d.无线公网通信方式宜选择GPRS/CDMA/3G通信技术。
对于需要具备遥控功能的分布式电源区域优先采用专网通信方式;依赖通信实现故障隔离和远程孤岛检测的区域宜采用光纤专网通信方式。
对于专网铺设不方便的区域,可以采用无线公网。采用无线公网通信方式时应符合电力系统相关安全防护和可靠性规定要求。
通常而言,专网的初期建设费用高,后期使用成本低;而公网初期建设费用很低,但后期需要定期支付一定的使用费。因此,在通信网络设计时应充分考虑各方面因素。目前常用的做法是2种网络相互配合,以实现最优的性价比。
3 结语
本文介绍了一种分布式电源监控系统的设计方案,用以指导分布式电源监控系统的规划、设计、建设、改造和运行。
分布式定量发油监控系统的设计研究 篇7
发油设备可以分为阀门、过滤器、泵以及输油管道这些一次设备, 以及流量计、温度计、溢油警报等现场仪器仪表这些二次设备, 软件方面分为控制系统系统, 以及上位机监控管理管理系统。
2系统控制层的整体设计
2.1系统控制层的功能需求
(1) 具有两种控制状态, 可以根据上位机的发油命令进行工作, 也可以不受发油机控制独立运行;
(2) 发货方式分为桶装和散装两种;
(3) 显示屏为不受环境变化影响的大屏液晶;
(4) 操作者可以通过屏幕了解到机器内的各种参数, 提高发油的透明度;
(5) 可以自行进行故障诊断, 在排除故障以后可以继续原工作, 具有断电自动保护数据以及来电后恢复原工作的功能;
(6) 考虑到下位机安装的位置多为半露天环境, 为了保证设备安全, 在电路设计中需要进行防静电和抗雷击的处理;
(7) 不仅要对定量控制仪进行保护, 还要保护相关的其他设备, 仪表软件要调控现场的各个阀门以及油泵, 最大化的控制设备受到的水击和振动, 控制过程中启动和关闭要缓慢、全程保持横流, 避免发油产生静电危险, 保证过程的稳定性;
(8) 有溢油保护电路和静电接地电路的设计, 当检测到接地电阻超过100Ω或者油车液面超过预定高度的时候均中止发油;
(9) 机内有不受开关机影响的独立的硬件时钟和日历, 帮助管理本地操作数据。
2.2系统控制层的方案论证
在发油现场安装的定量控制仪, 是为了对发油过程进行控制并且实现各种系统功能, 定量控制仪主要负责监控管道中的油量、温度以及流速等, 以各个参数为依据来控制油泵和阀门的开与停, 所以需要与上位机之间进行通信才能保证发油按照指定的质量和体积进行。在设计定量仪的时候, 应该将市场上常见的控制仪的优缺点结合起来综合考虑。目前常用的定量发油系统中的定量仪一般是采用PLC或者微控制器作为核心进行控制。
2.3系统控制层的功能设计
综上所述, PLC连接的是电液阀、静电开关、流量计以及溢油开关, 主要负责以下内容:
(1) 对静电开关和溢油开关的信号进行采集, 当溢油情况发生或者接地情况异常的时候停止发油, 然后给ARM传递溢油和静电开关的信号。
(2) 负责对阀门和流量计的信号进行采集, 并且将其传动给ARM。
(3) 接受ARM的指令从而对阀门开关进行控制。
(4) 负责与ARM进行通信并且完成发油流程的逻辑控制。
ARM主要负责的工作内容如下:
(1) 通过按键控制发油工作流程。
(2) 如果受到静电开关和溢油开关的故障信号, 将其在人机界面上显示出来。
(3) 对流量及采集的数据信号进行接收并且对发油累积流量进行计算, 对比累积流量和已发量, 然后给PLC发送开启或者闭合阀门的信号。
(4) 负责与PLC、监控层的PC机进行通信。
(5) 读取IC卡信息。
3系统软件设计
3.1设计定量发油仪整体软件
系统的软件设计基础是实现多任务与多功能, 定量仪是实现系统功能的主体, 主要负责以下功能:
3.1.1显示系统的正常运行信息
提取并还原数据星系、显示系统时间以及运行参数都属于争产的运行信息。
3.1.2处理故障信息
故障信息是指溢油、接地故障或者通信故障。处理故障信息不仅要将故障信息显示出来, 还要使用E2PROM的写操作来存储故障。
3.1.3用户手动按键操作
人机交互离不开按键的帮助, 通过操作按键来实现设置系统参数、显示正常信息以及查询故障历史记录的功能。
3.1.4 PLC发送以及数据接收
PLC首先进行开关量、溢油开关信号、静电开关信号灯采集起来, 然后将其发送给ARM, ARM将阀门控制信号传送给PLC。
3.1.5定量发油控制
以功能的实现以及各个功能彼此之间的关系为基础。
3.2设计主监控程序
产生了作业任务以后先去领取IC卡 (提货单) , 并且将其信息写入数据库进行相应鹤位的寻找, 将提货单号人工输入进去或者直接刷IC卡。上位机会对其信息进行匹配, 如果匹配成功则进入法有判断, 失败的话则不产生发油命令并且发出警报。允许发油的情况下要对溢油开关和静电开关的状态进行判断, 如果一切正常就执行发油命令。如果发油过程中有异常情况例如溢油问题或者接地故障等, 则停止发油过程并且发出警报, 警报解除后方可继续发油。
参考文献
[1]耿永生.基于PLC+SCADA的油库自动控制方案[J].自动化应用, 2011, 02:5-8.
[2]曹原, 蒋永年.基于PAC的油料灌装自动化系统设计与实现[J].微型机与应用, 2011, 11:66-69.
[3]郑骊.基于S7-400与PROFIBUS的油库收发油自动控制系统[J].制造业自动化, 2009, 09:111-113.
[4]李敬东.PLC系统在成品油自动装车系统上的应用[J].中国石油和化工标准与质量, 2013, 02:238-239+220.
分层分布式监控 篇8
1 系统设计
1.1 主程序设计
主控制单元的软件设计主要包括数据采集模块、数据存储模块和执行模块。运行机制确保了程序执行的安全准确, 特别是对需要定期周期的采样系统。
1.2 数据采集子程序
数据采集主程序的子程序接收到启动数据收集过程命令时, 就会启动。为了提高水位采样信号的准确性, 本系统就会使用水位信息的程序在每10分钟取样连续5次, 然后采样值由小到大, 再取平均值为准确的信号。
1.3 实时采集功能
智能温湿度采集器实时采集低功耗数字温度传感器的温度值, 并显示在液晶大屏上, 远程控制器采集液位及泵的运行状态和启停泵的控制, 当液位超过设定值的时候, 就会自动启动抽水泵, 当液位低于设定值的时候, 就会自动停泵, B型发送模块通过RS485接口对智能温湿度采集器进行抄表, 将采集的温湿度上传到后台, 同时B型发送模块通过RS232接口对远程控制器进行抄表, 将采集的液位及泵的运行状态上传到后台, 后台可通过组态软件进行泵的远程控制。
2 系统工作原理
目前单片机控制是水位监测系统的主要技术, 结合扩散硅压阻压力传感器, 根据水位的不同导致产生的压力也不同, 水位的变化通过水位传感器转化成电流的变化, 再通过A/D转换器转换成数字量传递给单片机, 并让单片机做出回应。通过水位传感器来测试水位, 被测量液体的水位达到最高危险点的时候, 电流的变化通过传感器的输出表现出来。模拟电流变化放大后进入A/D转换器, 过滤成4~2OmA模拟信号转变成1024数字量。单片机收到相应数字信号的变化时, 会作出报警。
3 系统主要特点
系统主要特点如下:信号采集部分采用压力式水位传感器监测水位的变化, 压力式水位传感器输出4~2OmA电流信号, 只需要二芯电缆就可以传递信号了。控制中心单片机采用AT89S51, AT89S51是一个低功耗, 高性能CMOS8位单片机。片内含4k Bytes ISP (In-system programmable) 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器, 并集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。两个线串行E2PROM是一种非易失存储器, 有占用空间小、能耗小、操作简单方便、成本效益好和准确的数据存储和许多其他非常好的特点, 是单片机应用系统易失存储器的选择。AT89S52的实现是在使用I2C总线协议基础上, 读写操作是在两个线制串行E2PROM上很简单的进行实现的。
电缆井水位监测系统是现在一种无人自动化的智能监控系统。使用实时时钟芯片作为记录的数据监测系统。不仅减少工作量和劳动强度, 操作和维护人员也能够更准确、更及时的报警和排水处理。
4 系统硬件电路设计
水位传感器多点分布可以用来防止错误信号一次。三个运放电路被信号测量通道所包含, 当温漂和时漂非常小时。当模拟量通过测量放大后、过滤之后, 到达A/D转换器, 将4~20mA信号模拟转化的数字量为0~1024。A/D转换器、数据存储芯片高集成、低功耗、准确性高等良好的特点。针对上述系统选择和方案实现, 可以通过以下的模块来规划。方案总体设计的基础框架包括电源模块、复位电路、时钟电路、数据存储电路等。
振荡电路在某个角度来说就是你时钟电路, 时钟电路可以向单片机提供一个正弦波信号作为标准, 单片机的执行速度由此确定。单片机AT89S52的时钟频率是11.0592 mhz。反向放大系统的振荡电路使用的是自动激荡振荡器。
复位的信号由复位的电路所产生, 让单片机从一个固定的初始状态开始正常工作, “开始”过程是单片机所执行。重置引脚连接到一个施密特触发器上, 是为了降低噪音的污染, RST脚为低水平lm是在电振荡器使用后的前提下所产生的。通过这样就完成了一个复位。数据存储电路如图1所示。
I2C的总线协议所使用的是主/从双向沟通。从设备和主要设备都是在发射装置和接收装置状态开始工作的, 但是总线一定是由主设备 (通常是一个微处理器) 控制的, 串行时钟 (SCL) 被主要设备所产生。总线从启动条件下生产的主要设备是在有效期间停止条件的前提上, 微处理器的读和写操作的开始在串行E2PROM开始位控制下开始的, 结束时是受停止位控制的。在开始条件以后, SDA上的数据的变化一定在SCL低电平开始期间所产生的, 在SCL高电平这个时间段, SDA一定需要持续的稳定下去。每一位数据的发送, 主设备一定需要发出时钟脉冲一个。
5 系统优点
5.1 专网组网, 无线远传
针对公司有内网, 无外网和网络安全管理的现状, 不采用GPRS公网组网方式, 而是采用VPN专网组网方式, A、B型GPRS模块均有独立的卡号和对应的IP地址, 形成一个独立的网络, 与其他网络系统互不干扰, 系统通过GPRS或短信功能完成采集数据的无线远传。
5.2 防水封装, 装置可靠
针对电缆井环境恶劣的特点, 有积水及腐蚀性气体等工况, 我们队传感器、采集器进行防水封装, 以满足现场工况需求, 装置能在上述恶劣环境下可靠运行。
6 总结
电缆井水位监测系统是现在一种无人自动化的智能监控系统。使用实时时钟芯片作为记录的数据监测系统。不仅减少工作量和劳动强度, 操作和维护人员也能够更准确、更及时的报警和排水处理。
电缆井进行封堵好后还是会有有水渗入, 该系统能有效的对电缆井的积水进行实时的监测, 防止因积水而影响工作人员正常工作的开展和电缆的安全运行。
参考文献
[1]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2000.
[2]袁希光.传感器技术手册[M].北京:国防工业出版社, 1986.
分层分布式监控 篇9
传统的网络管理界面是网络管理命令驱动的远程登陆屏幕, 必须由专业网管工作人员操作。使用和维护网络管理系统需要专门培训的技术人员, 随着网络规模增大, 网管功能复杂化, 使传统网管界面的友好程度愈来愈差了。为了减轻网管复杂性, 降低网管费用, 急需研究和开发一种跨平台的, 方便使用的新的网管模式。基于Web的网络管理模式 (WBM, webbasedmanagement) 可以实现这个目标。这种新的网络管理模式融合了Web功能和网络技术, 他允许网络管理人员通过与w一同样的形式去监测、管理网络系统, 可以使用Web浏览器在网络任何节点上方便迅速的配置, 控制及访问网络和它的各个部分, 这种新的网络
管理模式的魅力在于它是交叉平台, 可以很好的解决很多由于多平台结构产生的互操作问题, 这能提供比传统网管界面更直接, 更易于使用的图形界面 (浏览器操作和Web页面对用户来讲是非常熟悉的) , 从而降低了对网络管理操作和维护人员的特殊要求。基于Web的网络管理模式是网络管理的一次革命, 它将使用户管理网络的方法得以彻底改变, 从而为实现“自己管理网络”和“网络管理自动化”迈出关键的一步。
2 基于Web的分布式网络管理的实现策略
WBM有两种基本的实现策略:
1) 基于平台的WBM应用实现
网络平台是指一个包含网络管理进程软件和基于网络管理应用的主管系统, 网络平台就是满足最低管理需要的主管系统, 有了网络平台, 管理人员就可以经由网管平台的管理者与被管系统中的代理通信。这种方案将一个Web服务器与网管工作站相结合, 如图1所示。
其中, 网管平台通过SNMP (简单网络管理协议) 或CMIP (公用管理信息协议) 与被管设备通信, 收集、过滤、处理各种网管信息, 维护网管平台数据库。WBM应用通过网管平台提供的API接口获取网络信息, 维护WBM专用的数据库。网管人员对网络的监视、调整和控制通过浏览器向Web服务器发送HTTP (超文本传输协议) 请求, Web服务器通过CGI (公用网关接口) 调用相应的WBM应用, WBM应用把网管信息转换为HTML形式返回给Web服务器, 由Web服务器响应浏览器的HTTP请求。这种方式融合了基于平台的网管系统和Web技术的优点, 可以充分利用网管平台成熟的高效率的算法, 保留对现有网管标准和传统设备的支持, 保护用户对原有设备的投资。
2) 嵌入的WBM应用实现
这种方案将Web能力真正地嵌入到网络设备中, 如图2所示。
其中, 每个设备就是一个web服务器系统, 拥有全局唯一的IP地址, 管理人员通过浏览器直接访问该设备并实施调整和控制。这种方案给独立设备带来了完全的图形化管理, 保障了简单易用的网管界面。网管系统完全采用Web技术, 如通信协议采用基于HTTP的协议, 网管信息库用基于HTML的语言描述, 网络的拓扑算法采用高效的Web搜索、查询、索引技术, 网络管理层次和域的组织采用灵活的虚拟形式, 不再拘泥于地理位置等条件的约束。
嵌入式WBM是真正的Web网络管理, 网络设备、系统、应用增加Web能力并不需要太多的资源开销。因此, 越来越多的网络设备开始支持Web管理。
3 基于Web的网络管理的特点和优越性
随着Web的流行, 带来的是网络管理和Web技术的结合。基于Web的网络管理其主要思想就是:使网络管理者可以通过浏览器来进行网络管理。基于Web的网络管理就是利用World Wide Web工具与技术在互联网上对网络设备实现管理。使用TCP/IP协议及HTTP协议, 在标准的浏览器上监控由相关HTTP服务器程序所支持的设备。利用支持工具、编程语言和协议, 如HTML (超文本标记语言) 、CGI (公共网管接口) 、Java, C++和SNMP等, 可以产生和传送管理信月、, 并把结果以静态、动态或表格的形式在网页上表示出来, 其特点如下:
1) 简单的用户界面:对于使用者来说, 浏览器的界面是非常直观和简单的。
2) 网络管理者通过使用基于Web的网络管理系统, 即使在没有培训的情况下, 也可以很快掌握。
3) 可移植性:浏览器儿乎可以在各种硬件设备上运行。
4) 费用:浏览器可以在低价位的PC机上或者在掌上设备上运行。
5) 远程管理:山于使用浏览器使得远程管理变的简单了, 可以在网络的协个接入点上进行管理。无论是在何处, 网络管理者看到的界面都是一致的。
6) 与其它应用的集成:许多应用系统开始与Web结合。例如可以通过计算机网络资源的使用量来管理一个公司的工作流程, 以及记录设备的故障, 这些都可以通过Web来完成。如果把网络管理系统也集成到Web上, 那么就可以方便地与其他应用集成。
7) 易于推广:Web的流行使得基于Web的网络管理系统也便于推广。
4 基于Web的分布式网络管理的体系结构
在网络和系统管理的实现中较有影响的模型是SNMP和CMPI, 这两个模型各有优点, 同时又存在着许多不足之处。SNMP在Internet上被广泛接受, 它最主要的一个特点就是简单, 但是在需要完成十分复杂的任务时, 它就不能充分满足要求。许多通信厂商的网络结构是基于CMIP的, 但是CMIP受到自身过于复杂以及标准化过程太慢的限制, 至今仍未获得像SNMP那样广泛的支持。可以预见, 这两种管理体系框架在很长时间内将会同时存在。
随着面向对象的分布式处理模型的出现, CORBA作为第三种解决方案被提出。CORBA提供了统一的资源命名、事件处理以及服务交换等机制。虽然它最初的提出是针对分布式对象计算, 而并非针对网络管理任务的, 但是在很多方面它都适合于管理本地以及很大范围的网络。与现有模型相比, CORBA提供的功能比SNMP更强大, 而且不像CMIP那么复杂。此外, CORBA支持C++, Java等多种被广泛使用的编程语一言, 因此它己经迅速被大量的编程人员所接受。通过CORBA, 他们可以使自己的程序具有分布式的特点, 而且不必在逻辑上有很大的变动。正因如此, 现在普遍认为, CORBA会在网络管理和系统管理中占有越
来越重要的位置。将WEB与CORBA技术相融合将是网络管理发展的必然趋势。
1) 基于Wbe的分布式网络管理的组织模型
图3所示的组织模型表示为四个层次:
(1) 管理者在浏览器层通过HTTP协议下载APPlet。通过JAVA虚拟机可以运行下载的JAVAAPPlet程序, 这样可以解决使用应用系统时跨平台的问题。
(2) 网络管理中心除充当Web服务器外, 还接收浏览器层发出的CORBA请求, 并将该请求传递给能回答它的管理代理 (子管理者) 处。网络管理中心还管理一主数据库, 该数据库用于存储管理代理的相关信息。
(3) 每一个管理代理管理一个子网, 它可以是子网的一部分, 运行在子网的某一台计算机上, 也可以独立于被管子网。管理代理配有一个本地的MBI, 该数据库用来存储被管子网的网管数据。
(4) 设备层包含被管设备, 每个子网中都包含有多个被管设备。
2) 基于Web的分布式网络管理的通信机制
网络管理是通过客户与网络管理中心以及网络管理中心与管理代理 (子管理者) 的通信来实现的。其通信机制如图4所示。
(1) 浏览器层和网络管理层之间的Web页面交互通过HTTP协议实现, CORBA请求和应答则通过IIOP协议实现。
(2) 网络管理中心和管理代理之间的交互是纯CORBA的, 因而通过IIOP协议通信。
(3) 管理代理 (子管理者) 利用SNMP协议 (或是CMPI协议) 与设备进行通信。
本模型实现了两层CORBA通信。JavaApplet和网络管理中心、网络管理中心和管理代理以及管理代理之间都是客户方和实现方的关系。Applet和网络管理中心之间的IDL接口定义了需实现的各项管理功能。网络管理中心和管理代理之间的IDL接口则将每个管理功能细化为若干操作。这些操作在实现时往往需要分解为若干个SNMP操作, 并将其结果进行综合、分析, 才-得以实现。CORBA/SNMP网关实现CORBA到SNMP协议的转换。子管理者通过调用CORBA/SNMP网关实现了DIL定义的所有接口, 并发出SNMP请求, 并轮询检测陷阱的发生。CORBA管理者指网络管理中心, SNMP管理者指管理代理, 对设备的操作通过CORB州SNMP网关转换为SNMP操作。
摘要：该文首先介绍Web的分布式网络管理技术, 阐述在本系统中用到的中间件技术, 并选择了CORBA技术作为本系统的中间件。分析了一个基于Web的分布式网络管理的特点和优越性。
关键词：基于Web的网络管理,网管协议,CORBA
参考文献
[1]朱其亮.CORBA原理与应用[M].北京:北京邮电大学出版, 2001.
[2]OMG:CORBA服务[M].北京:电子工业出版社, 2002, 7.
[3]杨家海, 任宪坤, 王沛瑜.网络管理原理与实现技术[M].北京:清华大学出版社, 2000.