基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)

莊清霖

（漳州招商房地產(chǎn)有限公司，福建 漳州363105）

目前我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，分布式光伏電站在人們生活中的地位越來越重要，分布式光伏電站作為智慧電網(wǎng)的核心，已經(jīng)成為智慧電網(wǎng)發(fā)展的研究熱點，為用戶提供動力資源[1]。基于ZigBee協(xié)議設(shè)計了一個分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用專用網(wǎng)絡(luò)提供遠程監(jiān)控信息，采用數(shù)字技術(shù)，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的智能通信能力。分布式光伏電站遠程在線監(jiān)測，能夠提高智慧變電站的遠程管理效率，降低遠程信息傳輸成本，在很大程度上節(jié)省智慧變電站的運行費用。

1 基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)檢測模塊

通過接收異常數(shù)據(jù)檢測模塊，在硬件環(huán)境下監(jiān)測電源相線的具體異常數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的核心屬性，并向數(shù)據(jù)庫發(fā)送調(diào)用原始數(shù)據(jù)信息的指令。特殊變壓器異常數(shù)據(jù)識別模塊在接收到數(shù)據(jù)庫回饋的數(shù)據(jù)信息后，立即自動進行數(shù)據(jù)識別[2-3]。若數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)序列不同，則將電力數(shù)據(jù)視為特殊異常數(shù)據(jù)，并將特殊異常數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送給電力相線區(qū)段分數(shù)據(jù)處理模塊進行處理，并將安全數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫返回電力信息欄，保證電力系統(tǒng)的正常運行。

1.2 數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊是系統(tǒng)的硬件核心，監(jiān)控模塊在兩次修改監(jiān)測異常數(shù)據(jù)的過程中進行兩次調(diào)用。對電力系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)可疑的特殊異常數(shù)據(jù)信息，呼叫被用來監(jiān)控系統(tǒng)硬件。對異常數(shù)據(jù)進行處理后，調(diào)用模塊完成連續(xù)監(jiān)測，防止數(shù)據(jù)再次發(fā)生變化。存儲區(qū)的作用是存儲特定異常資料。

對于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，異常監(jiān)測模塊采用均衡化算法對數(shù)據(jù)進行均勻劃分，并讀取各特征點的數(shù)據(jù)特征值。當模塊偵測到數(shù)據(jù)有多個特征點時，即為特異改變數(shù)據(jù)[4]。監(jiān)測模塊根據(jù)特征點對異常變化數(shù)據(jù)進行類型分析，數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊立即鎖定出現(xiàn)在特征點的電源信息欄，完成異常變化數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

1.3 處理器

本文設(shè)計的處理器型號為GZ57處理器，采用的是SATA2.0接口。這個接口有很強的功率數(shù)據(jù)傳輸能力，可以達到12 Mbit/s的傳輸速度。發(fā)現(xiàn)電源相線識別的特殊異常數(shù)據(jù)后，需要2 s完成對異常數(shù)據(jù)的截取，以避免不利影響[5]。

1.4 電力相線區(qū)分的數(shù)據(jù)處理模塊

電源相線的原理是使電力系統(tǒng)電路中電流相位相對，差120°，以提高電流的傳輸效率和功率轉(zhuǎn)換功能[6-7]。能量相線鑒別數(shù)據(jù)處理模塊的主要任務是在數(shù)據(jù)鑒別模塊中對識別出的異常數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式校正。數(shù)據(jù)處理完畢后，數(shù)據(jù)信息被傳送到監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊對這些數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控[8]。特殊更改發(fā)生后，立即進行格式化，以提高電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

2 基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件可進行圖形、屬性數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢，自動生成單行表、聯(lián)系人表等圖表，并提供完整的維護功能，確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。

監(jiān)測與管理系統(tǒng)利用傳感器系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)。各傳感器之間是獨立的，不會互相影響[9-10]。這種傳感器的信號可以用來對電網(wǎng)設(shè)備和環(huán)境進行實時監(jiān)控。感應器分為兩種模式：睡眠模式和工作模式。在傳輸中，傳感器處于休眠狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集模塊處于低電流接收狀態(tài)；在數(shù)據(jù)傳輸中，系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)采集指令，傳感器開始采集數(shù)據(jù)，并發(fā)出記錄指令[11]。

資料處理機是早期資料收集與后期資料處理的橋梁。該階段中，處理器接收到各傳感器發(fā)送的各種信息，對各傳感器信息進行序列分析，然后對各信息進行初步分類和排序，并根據(jù)需要對各傳感器發(fā)送的各種信息進行初步分析[12-13]。向量數(shù)據(jù)分析包括多邊形重新分類，邊界整合，點線重疊，空間數(shù)據(jù)查詢和分類。網(wǎng)格數(shù)據(jù)分析包括疊加分析，統(tǒng)計分析，記錄分析，濾波分析，區(qū)域操作和擴展域操作。

數(shù)據(jù)經(jīng)輸入設(shè)備數(shù)字化后，再傳送至主機做進一步處理。數(shù)字處理就是把掃描后的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點、線、面積、拓撲關(guān)系等形式，再利用矢量數(shù)據(jù)識別地圖，從而實現(xiàn)地圖的數(shù)字化。將處理后的數(shù)據(jù)存儲起來，并與預設(shè)的報警數(shù)據(jù)進行比較。當輸出的數(shù)據(jù)量超過設(shè)定值時，報警系統(tǒng)啟動報警裝置，并將報警信息發(fā)送到相關(guān)維修單位，緊急處理事故，消除安全隱患，數(shù)據(jù)分析的結(jié)果都通過輸出設(shè)備輸出到相關(guān)用戶。

3 實驗研究

為了檢測本文提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的有效性，設(shè)計對比實驗。選用本文提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)進行對比實驗。

2.1發(fā)病概況2011~2016年大慶市細菌性痢疾累計報告病例4642例,年平均發(fā)病率為26.88/10萬。2011年發(fā)病率最高,為30.57/10萬;2014年發(fā)病率最低,為23.19/10萬。見圖1。

設(shè)定實驗參數(shù)如下：工作電壓為200 V，工作電流為150 A，工作頻率為150 Hz，操作系統(tǒng)為Windows 10系統(tǒng)，操作語言為C++語言，同時配合Java語言，操作次數(shù)為10次。

3.1 不同方法的監(jiān)控時間實驗結(jié)果

不同方法的監(jiān)控時間實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同方法的監(jiān)控時間實驗結(jié)果

觀察圖1可知，當實驗次數(shù)為1次時，提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為5 min，傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為44 min，基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為20 min；當實驗次數(shù)為4次時，基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為10 min，傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為48 min，基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為30 min；當實驗次數(shù)為7次時，提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為12 min，傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為51 min，基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控時間為35 min。由此可知，提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控時間較短。

3.2 不同方法的監(jiān)控成本實驗結(jié)果

不同方法的監(jiān)控成本實驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同方法的監(jiān)控成本實驗結(jié)果

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可知，本文提出的基于Zig-Bee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控成本為1000000元，基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控成本為2500000元，基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控成本為4000000元。由此可知，本文提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控成本更低，監(jiān)控效果更好。

3.3 不同方法的監(jiān)控準確率實驗結(jié)果

不同方法的監(jiān)控準確率實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同方法的監(jiān)控準確率實驗結(jié)果

觀察圖2可知，當實驗次數(shù)為4次時，本文提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的平均監(jiān)控準確率為99.25%，而基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的平均監(jiān)控準確率為79.36%，基于數(shù)據(jù)挖掘的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的平均監(jiān)控準確率為60.44%。由此可知，本文提出的基于ZigBee協(xié)議的分布式光伏電站運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控準確率較高。

4 結(jié)束語

分布式光電伏電站監(jiān)控系統(tǒng)，對于分布式光電伏電站正常運行具有重要意義。本文提出的監(jiān)控系統(tǒng)對硬件和軟件都進行了優(yōu)化處理，從而確保能夠短時間內(nèi)，實現(xiàn)信息分配，完成數(shù)據(jù)的監(jiān)控。本文提出的監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效降低監(jiān)控成本和監(jiān)控時間，提高監(jiān)控準確率。