风、光、市电“三电”合一智能切换技术的设计

蔡大华

摘 要：针对风力发电供电、光伏发电供电以及市电供电“三电”供电的监控和智能切换，达到“三电”有效、无缝合一的供电方式，是新能源应用的先进技术。基于物联网技术自动完成供电环境内重要参数的监测；数据的远程传输；数据的显示及远程控制等工作来实现“三电”合一功能，有效的解决“三电”合一中的若干常见问题，达到风力及光伏发电不能满足供电要求时，能自动切入市电供电，从而保证用电负载的正常工作，具有一定的现实意义及实用价值。

关键词：能源；物联网；“三电”合一

中图分类号：TM61 文献标志码：A 文章编号：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“三电”是风力发电供电、光伏发电供电以及市电供电。在风光发电应用系统中，风力及光伏发电受环境及气候影响很大，影响供电的稳定性及质量。采用“三电”合一的供电方式，在风力及光伏发电不能满足供电要求时，能自动切入市电供电，从而保证用电负载的正常工作。

2 系统组成方案

本套“三电”供电监测、智能控制系统是依托现在流行的物联网技术利用无线自组传感器网对采集的数据进行实时远程传输以及做出相应操作，提高系统的可靠性。

在“三电”供电监控、管理系统中，对温湿度、光照、交流电压等参数是影响底层模块运行状态的关键性因素，如何准确实时全面地监测这些环境变量的变化情况是提高“三电”智能切换准确度，提升居民（工作者）舒适度，保证居民（工作者）用电稳定的前提条件和重要环节。本系统仅选用了温湿度、光照度和交流电压三个物理量的传感器来模拟对现场环境的实时监测。在实际开发和应用中，可添加其他必要的检测传感器和控制系统，使得“三电”供电监控、管理系统真正做到对供电环境的更为全面的实时监测和控制。

在人机交互接口上，本系统采用了较为传统的LCD显示、上位机显示和上位机系统控制的方式。对供电能源系统进行实时监测和“三电”之间的切换，方便用户准确了解和控制现场环境，协助管理者准确快速地处理各种问题。

传感器与无线结点的连接是使用接插件的形式，无线结点系统板上预留4种不同规格、不同种类的传感器接口，方便以后拓展其他器件。人机交互接口中，LCD是直接插在无线结点上，保证了系统硬件的稳定性和整体统一性。协调结点与上位机之间使用串口线相连，进行数据通信。

3 数据的采集和上传

在系统中涉及到温湿度、光照度、交流电压三种传感器的数据的采集。以温湿度数据做简单的介绍，附带相应的核心程序。

以下是湿度读取的程序的主函数部分：

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

（R_Buffer.packet_Struct.cmd[2] == 'S'））//读温湿度

read_data（sensor_data_value）； //读取湿度

DataChange（sensor_data_value，ch）； //数据处理

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

dis[1] = ch[7] - 0x30；

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[0] = dis[0]； //湿度整数部分

T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[1] = dis[1]； //湿度小数部分

主函数中需要值得关注的是read_data函数和DataChange函数，这两部分是根据芯片时序和资料手册，对传感器数据进行读取后再修正。程序中所提及的T_Buffer是上传数据的结构体，所有将要上传的数据都存放在其中，传感器采集的数据都在T_Buffer.packet_Struct.DataBuf[]中，其他的位置将存放其他数据，例如数据头、网络地址、物理地址等。

传感器数据采集后，将通过ZigBee终端（路由）结点进行上传数据。在本次设计中，终端结点所执行的任何操作都需要验证上位机传来的指令，只有验证通过才会执行，其中就包含数据上传。

以下代码在终端部分协议栈App层的SampleApp_MessageMSGCB函数中，同样以上传温度数据为例。

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'）） //读湿度

ds18b20_main（）；

SendData（T_Buffer.data， 0x0000， 32）；

在switch-case选择语句之前，是将数据R_Buffer复制到T_Buffer中，共32个字节，其中包含了数据头、数据尾，以及当前控制设备的物理地址、网络地址，这样统一指令格式是为了数据传输的安全、完整、高效。接下来就是根据指令的具体内容来进行数据的读取，然后发送，SendData为发送函数，目标地址为0x0000即协调结点。

上部分为终端结点通过无线网上传数据，而协调结点通过RS232串口线直接与上位机相连，其收到的数据验证通过后将会原封不动的全部上传给上位机。

以下代码在协调结点部分的App层SampleApp_MessageMSGCB函数中，作用是接收到无线消息上传来的传感器数据，验证通过后再原封不动的上传至上位机。

else // 数据转发

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

HalUARTWrite （ MT_UART_DEFAULT_PORT， T_Buffer.data， 32）； //从串口输出 上位机通过串口接收并进行判断，然后显示、控制。

4 “三电”合一智能切换

本套系统主要是为了实现“三电”智能无缝切换，这一功能是在上位机中来完成的。通过点播的方式，上位机可以通过协调结点获取网络中的各个终端结点的地址，上位机会通过判断终端结点的地址来选择把控制切换的命令发送给对应的终端结点，实现点对点通信。底层结点通过光照度传感器采集光照数据和交流电压传感器采集风、光发电的电压并实时上传至协调结点，协调结点继续上传至上位机，上位机对上传数据进行判断，当低于设定的阈值时自动发送切换命令，将供电方式切换到市电，保证日常生活和工作的正常进行。当然在实际操作过程当中也可以采用手动的方式，在上位机中有相对应的按钮，只需鼠标单击按钮即可发送相应的命令，对供电方式进行切换。

主要程序：

a.采集数据

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

guangzhao.Text = guangzhao1.ToString（）；

chatshow（0x03， guangzhao1， 0）；

b.光照数值与设定的阈值进行比较判断

if（guangzhao1<70）

比阈值小的话，执行下面控制命令发送将风、光发电供电切换到市电供电

c.执行控制命令达到切换效果

private void send（int zhuangtai， int jiedian）//发送控制命令切换供电方式

data.Add（all[i].Wang1）；

data.Add（all[i].Wang2）；

data.Add（0x30）；//表示关闭

相反则不执行此程序。

5 系统方案达到的效果

根据系统的功能要求，设计达到的效果是：ZigBee底层模块能够进行小型无线个域网的组网，保证了整个数据传输网络的稳定性。传感器能够实时采集数据并且把数据输出给终端结点，终端结点采集数据后无线传输至协调结点并在LCD上数据显示，上位机界面能够显示协调结点通过串口上传的采集的数据，在智能控制上，上位机通过后台数据处理能够达到“三电”之间的智能切换。

6 结束语

在对硬件和软件的全面测试、调试之后，最终完成了“三电”供电监控、智能切换系统的设计，实现了实时监测、LCD显示、上位机显示、以及上位机系统控制等功能，成功地完成了设计之初设定的目标，也为后续的开发拓展奠定了基础。

参考文献：

[1]李艳红，李海华.传感器原理及其应用[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[2]戴娟，吴国中，周昱英.单片机技术与项目实施[M].南京：南京大学出版社，2010.

[3]Christian Nagel，Bill Evjen.C#高级编程（第8版）[M].北京：清华大学出版社，2013.