風、光、市電“三電”合一智能切換技術的設計

蔡大華

摘 要：針對風力發電供電、光伏發電供電以及市電供電“三電”供電的監控和智能切換，達到“三電”有效、無縫合一的供電方式，是新能源應用的先進技術。基于物聯網技術自動完成供電環境內重要參數的監測；數據的遠程傳輸；數據的顯示及遠程控制等工作來實現“三電”合一功能，有效的解決“三電”合一中的若干常見問題，達到風力及光伏發電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作，具有一定的現實意義及實用價值。

關鍵詞：能源；物聯網；“三電”合一

中圖分類號：TM61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0078-02

Abstract： In view of the monitoring and intelligent switching of "three-electricity" power supply among wind power supply， photovoltaic power supply and municipal power supply， it is the advanced technology of new energy application to achieve the "three-electricity" effective and seamless power supply mode. Based on the Internet of Things technology to automatically complete the monitoring of important parameters in the power supply environment， remote transmission of data， data display and remote control to achieve the "three-electricity" integration function， effectively solve the "three-electricity" in the integration of a number of common problems. When the wind and photovoltaic power generation can not meet the requirements of power supply， it can automatically cut into the power supply to ensure the normal operation of the power load， which has a certain practical significance and practical value.

Keywords： energy； Internet of Things； "three electricity" in one

1 概述

所謂“三電”是風力發電供電、光伏發電供電以及市電供電。在風光發電應用系統中，風力及光伏發電受環境及氣候影響很大，影響供電的穩定性及質量。采用“三電”合一的供電方式，在風力及光伏發電不能滿足供電要求時，能自動切入市電供電，從而保證用電負載的正常工作。

2 系統組成方案

本套“三電”供電監測、智能控制系統是依托現在流行的物聯網技術利用無線自組傳感器網對采集的數據進行實時遠程傳輸以及做出相應操作，提高系統的可靠性。

在“三電”供電監控、管理系統中，對溫濕度、光照、交流電壓等參數是影響底層模塊運行狀態的關鍵性因素，如何準確實時全面地監測這些環境變量的變化情況是提高“三電”智能切換準確度，提升居民（工作者）舒適度，保證居民（工作者）用電穩定的前提條件和重要環節。本系統僅選用了溫濕度、光照度和交流電壓三個物理量的傳感器來模擬對現場環境的實時監測。在實際開發和應用中，可添加其他必要的檢測傳感器和控制系統，使得“三電”供電監控、管理系統真正做到對供電環境的更為全面的實時監測和控制。

在人機交互接口上，本系統采用了較為傳統的LCD顯示、上位機顯示和上位機系統控制的方式。對供電能源系統進行實時監測和“三電”之間的切換，方便用戶準確了解和控制現場環境，協助管理者準確快速地處理各種問題。

傳感器與無線結點的連接是使用接插件的形式，無線結點系統板上預留4種不同規格、不同種類的傳感器接口，方便以后拓展其他器件。人機交互接口中，LCD是直接插在無線結點上，保證了系統硬件的穩定性和整體統一性。協調結點與上位機之間使用串口線相連，進行數據通信。

3 數據的采集和上傳

在系統中涉及到溫濕度、光照度、交流電壓三種傳感器的數據的采集。以溫濕度數據做簡單的介紹，附帶相應的核心程序。

以下是濕度讀取的程序的主函數部分：

if（（R_Buffer.packet_Struct.cmd[1]=='W'）&&

（R_Buffer.packet_Struct.cmd[2] == 'S'））//讀溫濕度

read_data（sensor_data_value）； //讀取濕度

DataChange（sensor_data_value，ch）； //數據處理

dis[0] = （（ch[4] - 0x30）<<4）| （ch[5] - 0x30）；

dis[1] = ch[7] - 0x30；

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[0] = dis[0]； //濕度整數部分

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[1] = dis[1]； //濕度小數部分

主函數中需要值得關注的是read_data函數和DataChange函數，這兩部分是根據芯片時序和資料手冊，對傳感器數據進行讀取后再修正。程序中所提及的T_Buffer是上傳數據的結構體，所有將要上傳的數據都存放在其中，傳感器采集的數據都在T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[]中，其他的位置將存放其他數據，例如數據頭、網絡地址、物理地址等。

傳感器數據采集后，將通過ZigBee終端（路由）結點進行上傳數據。在本次設計中，終端結點所執行的任何操作都需要驗證上位機傳來的指令，只有驗證通過才會執行，其中就包含數據上傳。

以下代碼在終端部分協議棧App層的SampleApp_MessageMSGCB函數中，同樣以上傳溫度數據為例。

uint16 temp16；

UINT8 dis1[2]；

memcpy（R_Buffer.data，pkt->cmd.Data，pkt->cmd.DataLength）；

memset（T_Buffer.data，'y'，32）；

memcpy（T_Buffer.data，R_Buffer.data，7）；

T_Buffer.packet_Struct.rType='S'；

T_Buffer.packet_Struct.Saddr[0]=R_Buffer.packet_Struct.Saddr[0]；

T_Buffer.packet_Struct.Saddr[1]=R_Buffer.packet_Struct.Saddr[1]；

T_Buffer.packet_Struct.foot='*'；

switch（R_Buffer.packet_Struct.cmd[0]）

case 'R'：//讀

if（（R_Buffer.packet_Struct.cmd[1]=='W'）

&&（R_Buffer.packet_Struct.cmd[2] == 'S'）） //讀濕度

ds18b20_main（）；

SendData（T_Buffer.data， 0x0000， 32）；

在switch-case選擇語句之前，是將數據R_Buffer復制到T_Buffer中，共32個字節，其中包含了數據頭、數據尾，以及當前控制設備的物理地址、網絡地址，這樣統一指令格式是為了數據傳輸的安全、完整、高效。接下來就是根據指令的具體內容來進行數據的讀取，然后發送，SendData為發送函數，目標地址為0x0000即協調結點。

上部分為終端結點通過無線網上傳數據，而協調結點通過RS232串口線直接與上位機相連，其收到的數據驗證通過后將會原封不動的全部上傳給上位機。

以下代碼在協調結點部分的App層SampleApp_MessageMSGCB函數中，作用是接收到無線消息上傳來的傳感器數據，驗證通過后再原封不動的上傳至上位機。

else // 數據轉發

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[20]=pkt->LinkQuality；

HalUARTWrite （ MT_UART_DEFAULT_PORT， T_Buffer.data， 32）； //從串口輸出 上位機通過串口接收并進行判斷，然后顯示、控制。

4 “三電”合一智能切換

本套系統主要是為了實現“三電”智能無縫切換，這一功能是在上位機中來完成的。通過點播的方式，上位機可以通過協調結點獲取網絡中的各個終端結點的地址，上位機會通過判斷終端結點的地址來選擇把控制切換的命令發送給對應的終端結點，實現點對點通信。底層結點通過光照度傳感器采集光照數據和交流電壓傳感器采集風、光發電的電壓并實時上傳至協調結點，協調結點繼續上傳至上位機，上位機對上傳數據進行判斷，當低于設定的閾值時自動發送切換命令，將供電方式切換到市電，保證日常生活和工作的正常進行。當然在實際操作過程當中也可以采用手動的方式，在上位機中有相對應的按鈕，只需鼠標單擊按鈕即可發送相應的命令，對供電方式進行切換。

主要程序：

a.采集數據

guangzhao1 = Convert.ToDouble（data[10]）*10；

guangzhao.Text = guangzhao1.ToString（）；

chatshow（0x03， guangzhao1， 0）；

b.光照數值與設定的閾值進行比較判斷

if（guangzhao1<70）

比閾值小的話，執行下面控制命令發送將風、光發電供電切換到市電供電

c.執行控制命令達到切換效果

private void send（int zhuangtai， int jiedian）//發送控制命令切換供電方式

data.Add（all[i].Wang1）；

data.Add（all[i].Wang2）；

data.Add（0x30）；//表示關閉

相反則不執行此程序。

5 系統方案達到的效果

根據系統的功能要求，設計達到的效果是：ZigBee底層模塊能夠進行小型無線個域網的組網，保證了整個數據傳輸網絡的穩定性。傳感器能夠實時采集數據并且把數據輸出給終端結點，終端結點采集數據后無線傳輸至協調結點并在LCD上數據顯示，上位機界面能夠顯示協調結點通過串口上傳的采集的數據，在智能控制上，上位機通過后臺數據處理能夠達到“三電”之間的智能切換。

6 結束語

在對硬件和軟件的全面測試、調試之后，最終完成了“三電”供電監控、智能切換系統的設計，實現了實時監測、LCD顯示、上位機顯示、以及上位機系統控制等功能，成功地完成了設計之初設定的目標，也為后續的開發拓展奠定了基礎。

參考文獻：

[1]李艷紅，李海華.傳感器原理及其應用[M].北京：北京理工大學出版社，2010.

[2]戴娟，吳國中，周昱英.單片機技術與項目實施[M].南京：南京大學出版社，2010.

[3]Christian Nagel，Bill Evjen.C#高級編程（第8版）[M].北京：清華大學出版社，2013.