基于GPRS及SOCKET的光伏發電數據接收系統研究

張小剛，張琪琪

（國網江西省電力公司九江供電分公司，江西 九江 332000）

0 引言

為應對全球化石燃料加速枯竭的能源危機和日益高漲的能源需求，各國大力的推動可再生能源快速的發展，改變能源消費結構，可再生能源將逐漸替代常規化石燃料能源。而光伏發電在其自身得天獨厚的條件下，它的發展也是越來越迅速[1]。同時光伏發電也容易受到氣象環境等因素的影響。為分析光照強度、氣溫、濕度等氣象條件對光伏發電的影響，需要對發電數據及微氣象數據進行采集與分析。另外，由于光伏發電系統通常布設在野外，其數據需要通過GPRS 網絡，傳送到信息中心進行存儲與分析[1，2]。在數據發送端，使用了帶GPRS 傳輸協議的DTU，運行有一個SOCKET 客戶端，自動連接到指定IP 地址和端口的SOCKET 服務器。在數據接收端，SOCKET 服務器監視來自客戶端連接請求，并接收、解析及保存數據[3，4，5]。本文對基于GPRS 及SOCKET 的光伏發電數據接收系統進行設計。

同時，為保證socket 服務器的長期運行，設計了看門狗軟件Watch 以監視socket 的運行狀態。另外，還設計了遠程調試程序，用于對socket 服務程序進行遠程更新。

1 系統總體方案設計

1.1 系統組成

整個光伏發電數據傳輸系統結構組成如圖1 所示。

圖1 系統總體組成

本文主要描述其數據接收系統。光伏發電數據接收系統主要組成部分包括SOCKET服務器、看門狗軟件程序、以及遠程調試程序。其主要作用是接收來自監測終端采集的數據（該數據通過GPRS通信方式發送），并保存到后臺服務器中。其傳輸的主要參數有：逆變器輸出工作狀態電壓、電流、總有用功率、日發電量、總發電量、總運行時間6個電量參數；以及氣象站輸出的溫度、日照、風速、風向4個參數，共10個數據。通過將這10組數據在一定的時間間隔內進行推送，實時的顯示出來，以供工作人員的參考。

1.2 數據傳輸協議

由于數據參數需要遠程傳輸，所以需要數據接收轉發器和PC服務器通信協議。下面就光伏發電數據傳輸系統的數據通信協議進行說明。其中，上行數據（即由DTU向接收端傳送）傳輸幀的格式為：起始符+設備號+數據域+結束符，具體標示如表1 所示（61 個字節）。下行數據（由接收端向DTU 返回應答）傳輸帳格式固定為“0×73_03_65”3個字節。

表1 上行數據幀格式

其中：

1）起始符：固定為“0×73”。（即ASCII碼”S”）；

2）設備號：0×01→湖口；0×02→彭澤；0×03→共青1號；0×04→共青2號；

3）溫度：范圍-999→+999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1攝氏度）（高位補0，比如溫度為2.3度，發送數據就表達為“+023”）；

4）日照：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：流明）（高位補0）；

5）風速：范圍000→999（備注，表達為ASCII 碼.單位：米/秒）（高位補0）；

6）風向：范圍000→999（備注，表達為ASCII 碼.單位：度）（高位補0）；

7）A 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 V）（高位補0）；

8）B 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 V）（高位補0）；

9）C 相電壓：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1V）（高位補0）；

10）A 相電流：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補0）；

11）B 相電流：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補0）；

12）C 相電流：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 A）（高位補0）；

13）當前功率：范圍00000→99999（備注，表達為ASCII碼.單位：W；該值是總有功功率）（高位補0）；

14）日發電量：范圍0000→9999（備注，表達為ASCII碼.單位：0.1 kWh；（高位補0）；

15）總發電量：范圍000000→999999（備注，表達為ASCII碼.單位：kWh；（高位補0）；

16）總運行時間：范圍000000→999999（備注，表達為ASCII碼.單位：小時；（高位補0）；

17）截止符：固定為“0×65”。（即ASCII碼“E”）。

2 Socket服務器的設計

圖2為服務器端主程序流程圖。

圖2 服務器端主程序流程

接收數據服務器端的設計主要是利用了微軟的可視化編程工具C#.NET平臺所建立起的可視化操作界面，并結合SQL Server 技術存儲相應處理后到的數據。服務器端與數據接收轉發器通過Socket 通信技術，建立連接以實現數據的傳輸。

2.1 服務器端的主程序

在服務器端的設計中，基于.NET平臺，在服務器窗體設計中，添加相應的控件，并將這些非受管代碼轉換成受管代碼，才可以在.NET 公用語言框架內運行，獲得本地IP地址和本地端口號，將相應通信信息顯示在信息框內。其中服務器端主要功能包括：

服務器端開放固定端口，并通過Dns.GetHostEntry（）函數來獲得本地的IP。再通過Socket 通信技術監聽到數據接收轉發器，并與之建立連接。否則，一直在不斷地監聽。

服務器端與數據接收轉發器端建立連接后，通過ReceiveVarData（）函數接收數據接收轉發器發送的數據包。并對此數據包進行解包，取出相應數據進行分析。

將處理過的數據放入數據庫中后，繼續接收數據接收轉發器每隔10 min發送的數據。

2.2 數據接收方法

數據接收轉發器定時發送數據，通過GPRS模塊將數據包經Internet發送到Socket服務器端，服務器端通過Socket 通信技術建立連接后，將接受數據轉發器發來的數據包，并返回發送反饋應答信息。服務器端通過自帶的ReceiveVarData（）函數對數據包進行接收，其接受具體的流程如圖3所示。

圖3 數據接收流程

服務器端接收到為十進制的數據包，通過BitConverter.ToString（）函數將數據包的十進制數轉化為十六進制數；然后通過判斷其數據長度是否為完整的數據包，其次分別驗證數據包的幀頭是否為“73H”、結束符是否為“65H”以及設備號是否對應，若以上條件均滿足條件則接受的數據包為完整的數據包，然后將完整的數據存儲在數據庫中。

2.3 數據轉發

為方便開發人員通過遠程的方式，對接收到的數據進行分析，socket服務器中集成了數據轉發功能。當接收到數據轉發請求后，從指定的數據庫表中提取數據，發送給數據請求端。數據請求端發來的數據請求格式（字符串）為：

remotedata/tablename/orderColumn/rowNumber 即以“remotedata/”字符串開頭，再加上所請求的數據表名、排序字段、數據行數。例如：

SOCKET服務器接收到上述請求后，先從數據庫的workdata1表中，按nid的逆序提取100條數據，然后分行寫入一個文本文件，再將該文本文件發送到數據請求端。

3 看門狗及遠程調試功能

為保證SOCKET服務器的長期可靠運行，以及開發人員通過遠程的方式對其進行更新，開發了看門狗軟件及遠程調試軟件。

3.1 看門狗軟件

SOCKETE服務器需要不間斷運行以接收SOCKET客戶端發來的數據，因此需要監測其工作狀態，以保證在其發生故障時，能夠重啟服務。為此，設計了一個看門狗軟件Watch。該看門狗作為一個socket客戶端，連接到socket 服務器，然后每隔30 秒，向SOCKET 服務器發送一個問詢字符串“watch”。SOCKET 服務器接收到后，返回給watch 程序一個應答“OK”。如果watch 連發三次但沒有接收到正確的回復（或者連接不到SOCKET服務器），則重啟SOCKET 服務器。在重啟SOCKET 服務器之前，從數據庫中檢查是否有更新的SOCKET 服務器程序版本，如有，則先下載再重啟。

3.2 遠程調試軟件

遠程調試軟件作為一個SOCKET客戶端，連接到SOCKET服務器，其功能包括：

1）輸入需要遠程連接的IP地址及端口；

2）連接到指定IP及端口的SOCKET服務器；

3）向SOCET 服務器傳送最新的程序文件，由SOCKET服務器保存到數據庫；

4）重啟SOCKET服務器；

5）向SOCKET 服務器請求指定的數據庫表中的數據；

6）向SOCKET服務器請求日志文件。

3 結束語

本文通過仿真，驗證了不同容量不同地點DG接入配電網對用戶端電壓的影響，并通過對比不同功率因素DG接入配電網中對配電網電壓分布的影響，得出可通過調節分布式電源的功率因素來調節配網線路電壓分布。為分布式電源參與電網調壓提供了一定參考依據，也為配網滾動規劃提供一個有益的參考。

[1]黃海宏，朱晶晶，梁平.通用型光伏電站監控系統的研制[J].電氣自動化.2010（05）.

[2]舒杰，吳昌宏，張先勇.基于GPRS的風光互補發電無線遠程監測系統[J].可再生能源.2010（01）.

[3]廉小親，張曉力，段振剛，等.基于GPRS的光伏發電遠程監測系統的設計[J].測控技術.2011（05）.

[4]彭繼慎，李文帥，李秋香.太陽能光伏發電無線遠程監控系統的研究與設計[J].計算機測量與控制.2012（12）.

[5]陳國華.一種分布式光伏電站遠動信息無線實時采集與傳輸方案[J].電氣技術.2014（6）.