充电桩状态实时监控系统与C/S框架设计

王东军+林晓焕+郑心心

摘要：针对目前现有的充电桩系统，运用了Java语言生成模拟数据，用mysql数据库，以apache作为服务器，在.net开发平台上运用winform界面制作工具，通过C#语言编程完成界面制作，最终开发出来一套对充电桩的各项指标进行监控，并对故障信息作出及时反应的智能数据采集系统，具有很好的使用价值。

关键词：充电桩；Java；mysql数据库；apache；winform界面

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0241-03

电动汽车以二次能源电能代替传统的一次不可再生能源，且在行驶过程中可以实现二氧化碳低排放甚至零排放、无噪声污染。电动汽车相比于传统汽车在能量转化效率[1]和安全性方面都要优秀很多。但是电动汽车不同于其他商品，它不能只根据供求关系去经营和生产，要想能够让电动汽车迅猛发展，让老百姓普遍接受，必须先建设足够的充电站和充电桩，要达到跟加油站一样方便，这样才能使老百姓普遍认可电动汽车的便捷和环保。电动汽车充电设备是给电动汽车充电的配套设备，主要包括：充电站，充电桩，电池调度，计费监控及电池设备维护等系统[2]。它是推动电动汽车发展的基础设施，必须要先于电动汽车产业的发展。如果配套设施不完善，尤其是电动汽车交流充电桩，它作为电动汽车充电设备的主流代表，如果得不到充分发展，电动汽车技术也难以推广[3]。电动汽车的推广，主导力量是国家电网，我国发展电动汽车具有一定的体制优势，可以实行统一标准、统一规划、统一建设。通过国家的管理加强对电动汽车技术的研究[4]。目前建设的充电站充电桩普遍实行无人值班或少人值班，其发展方向是智能化、模块化和分布式，这就要求高自动化、智能化的监控系统。因此，对充电桩状态实时监控与智能数据采集系统的研究，将对我国电动汽车的发展和普及具有十分重要的意义和工程应用价值。

1 数据库相关概念介绍

1.1 mysql数据库

myaql数据库是一种开放源代码的关系型数据库管理系统[5]，它使用最常用的数据库管理语言——结构化查询语言进行数据库管理。因为mysql是开源的，所以任何人都可以在general public license的许可下下载并根据需要对其进行个性化管理。

mysql数据库的优点是它使用完全多线程，支持多处理器，有1、2、3、4、8字节长度的自由符号或无符号整数、double、char、varchar、float、blob、text、date、datetime、time、timestamp、year、和enum类型，通过高度优化的类库实现sql函数库并且十分快速，而且可以工作在不同的平台上，支持C、C++、PHP、JAVA等[4]。mysql数据库全面支持sql的order by和group by子句，支持聚合函数，如count（）、count（distinct）、sum（）、max（）、min（）vg（）等，支持ansisql的odbc和left outerjoin。

1.2 .net平台

.NET是 Microsoft XML Web services 平台[6]。XML Web services 允许应用程序通过 Internet 进行通讯和共享数据，而不管所采用的是哪种操作系统、设备或编程语言。Microsoft .NET 平台[7]提供创建 XML Web services 并将这些服务集成在一起之所需。对个人用户的好处是无缝的、吸引人的体验。

1.3 apache服务器

Apache源于NCSAhttpd服务器，经过多次修改，成为世界上最流行的Web服务器软件之一。Apache取自“a patchy server”的读音，意思是充满补丁的服务器，因为它是自由软件，所以不断有人来为它开发新的功能、新的特性、修改原来的缺陷[8]。Apache的特点是简单、速度快、性能稳定，并可做代理服务器来使用。

2 监控系统设计

2.1 数据模拟

为了模拟实际的充电桩的数据，我们需要生成字段数据。每一个参数的故障率都控制在1%，因此，1%的数据在非安全区域内，在这个区域内，系统会报警，但是并不是所有的参数异常都会发生异常，比如，电压波动，电流波动、频率波动等的都不需要报警，因为这些参数和电压、电流、频率有关[9]。因为电压、电流、频率已经报警了，这些参数就不需要重复报警。为了使得模拟数据有正态分布，我们的数据分为10次生成，即每个范围内生成的数据大小是不一样的，比如电压的范围为198到235，将这个范围分成10个小范围，即每个2-3个刻度为一个范围，即[198，200]，[201，203]，…，[233，234]这样10个区间，每个区间生成的数据量是不一样的，因为正态分布的话，在标准值220的最靠近位置是数据最多，距离越远，数据越少，因此，我们在程序中，220的最靠近的范圍生成20%的数据量，以此两边，生成的数据量为15%，10%，4%，1%。所以10个区间的数据量大小为总数据量的1%，4%，10%，15%，20%，20%，15%，10%，4%，1%。

按照之上的方法，可以生成10000条模拟数据，并且模拟数据呈现出正态分布的特征。即正常值范围的值很多，但是异常数据越少，因为实际应用中，出现数据波动或者异常的情况是很少的，只有在特殊情况下，才出现异常数据，是一种小概率时间。电流，频率和其他参数也同样使用该种方法生成数据。

如上面的图1所示，在生成随机数的时候，整数部分和小数部分是分别生成的，因为，我们在模拟数据的时候，都是默认保留小数点后面三位小数，因此，当我们生成一个随机数的时候，先生成整数部分，然后再生成小数部分，然后整数部分和小数部分相加。比如，我们生成一个电压的随机数220.311V，首先，我们从数据范围[198，235]之间随机生成一个整数220，然后我们在[0，1000]之间随机生成一个数据，得到311，之后我们把311除以1000，得到0.311，最终，我们生成得到随机的电压220.311。电压偏差率[10]、电流偏差率、频率偏差率也是通过电压、电流、频率通过计算所得。

2.2 界面设计与实现

net在桌面应用程序开发中非常方便，其中winform[11]界面工具箱中提供了多款界面小工具[12]，比如按钮，输入框，分组框，数据库连接工具等。利用这些小工具，可以开发出非常漂亮的界面。

下面是充电桩监控系统的一个原型界面图：

从以上界面可以看出，该监控系统有如下功能：

a：显示充电桩各项参数；b：显示充电过程中电池的电量；c：控制充电过程；

d： 通过切换，显示两个充电桩的数据。

2.3 C/S框架设计

本系统使用C/S架构完成搭建：

C：客户端client（桌面程序，以.net作为平台，用winform做界面）

S：服务器端server（mysql数据库，以apache做服务器）

具体的框架图如图3所示：

如上图所示，本系统使用mysql数据库为服务器端程序，winform作为客户端程序，客户端通过向mysql请求数据，mysql返回数据到界面上显示[13]。

客户端访问mysql数据库[14]有两个方式：

a：localhost方式本地访问

当mysql在本地时，可以通过localhost访问mysql数据库，或者127.0.0.1这个ip访问本地的mysql数据库[15]。这种方法只有当mysql服务器放在本电脑或者本地局域网中才有效。

b：通过IP远程访问

有时候，mysql数据库不在本地，而在远程服务器上，此时，我们需要知道远程服务器的ip地址，才能进行访问远程的mysql数据库[16]。

3 程序设计与实现

3.1 程序设计的部分步骤

3.2 部分界面调用mysql

a、private void timer1_Tick_1（object sender， EventArgs e）

功能：一号桩电池进度条控制

返回：空

参数说明：

sender： 获取控件的引用

e： 传递控件的参数

b、 private void timerpro2_Tick（object sender， EventArgs e）

功能：二号桩电池进度条控制

返回：空

参数说明：

sender： 获取控件的引用

e： 传递控件的参数

c、private void button1_Click（object sender， EventArgs e）

功能：一号桩开始充电消息函数

返回：空

参数说明：sender： 获取控件的引用，

e： 传递控件的参数

4 结语

运用Java语言编程，產生随机数，模拟充电桩实时数据，并使数据符合正态分布。然后需要建立mysql数据库来存储数据，该数据库使用localhost数据访问接口。在之后的实验上，基于这些数据做出了数据的分析和监测。开发出了一套美观简单的监控界面。

参考文献：

[1] 何占勇.电动汽车充电站规划方法及运营模式研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[2] 李涛，杨桂丹.电动汽车充电站和电池更换站监控系统设计方案研究[D].广东：广东省电力设计研究院，2014.

[3] 钟清.智能电网关键技术[M]，中国电力出版社，2014.

[4] 田文静.关于电动汽车充换电站监控系统的设计及应用[D].北京：华北电力大学，2014.

[5] 邱吉多.北京电动汽车充换电营销服务体系研究[D].北京：华北电力大学，2012.

[6] 莫飘.电动汽车充电站信息安全问题的研究[D].北京.华北电力大学，2012.

[7] Chih-Chiang Hua，Meng-Yu Lin. A Study of Charging Control of Lead-AcidBattery for Electric Vehicles [J]. Industrial Electronics，2010. ISIE 2010，vol.1 135-140，Dee. 2015

[8] Mukesh Singh， Kannan Thirugnanam， SurendraSwami，PraveenKumar，IndraniKarCoordination of Electric Vehicles in Charging Stations Connected at DifferentNodes ofDistributionSubstation[J]. IEEE， 2012，V12： 1260-1265

[9] Celli G， Ghiani E， Mocci S，et al.A multi-objective formulation for the optimal sizing and siting of embedded generation in distribution networks [A]，Power Tech Conference Proceedings IEEE Bologna [C]. 2013： 67-74

[10] HATTON C E，BEELLA S K，BREZET J C， et al. Charging station for urbansettings： the design of a product platform for electric vehicle infrastructure in dutchcifes[J]. World Electric Vehicle Journal， 2015

[11] 罗志坤，罗安，徐先勇，等.电动汽车充电机电能集成监测系统的设计[J].髙电压技术，2011，7（2）.

[12] 朱孟忠，许净文.基于DeviceNet的电动汽车充电站控制系统的设计[J].工业控制计算机，2009，22（7）：56-56.

[13] 国家电网公司营销部.电动汽车智能充换电服务网络建设与运营[M].北京：中国电力出版社，2013.

[14] 王振坡，孙逢春，刘鹏，电动汽车原理与应用技术[M].北京：机械工业出版社，2014.

[15] 郭子健，唐明，基于IEC61850标准的电动汽车充电桩监控信息模块研究[J].电力系统保护与控制，2016，14（3）.

[16] 刘东，张沛超，李晓露.面向对象的电力系统自动化[M].北京：中国电力出版社，2015.