风电和市电互补数采系统设计

许斌

摘   要：文章研究了一种风/市电互补系统，功率监控系统应该具有信息收集功能，根据数据采集系统采集并上传的信息建立完整的数据库;具有实时功能，通过数据采集系统采集的数据应该第一时间反映到移动终端的APP中;具有远程监视功能，由收集的数据建立数据库，并通过APP反映到移动终端上，便于监控人员远程监控;具有便捷的用户界面，可以直观反映系统信息，便于一般用户操作系统。

关键词：风/市电互补系统;数据库;数据采集

能源、环境问题是当今人类生存和发展所面临的关键问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅资源有限，而且会造成严重的环境污染。因此，对可再生能源的开发与利用，已受到世界各国的高度重视。“开发与利用可再生能源，改善能源结构，减排温室气体，保护环境”已成为世界共识。一场世界性的开发与利用新能源的浪潮已经到来。新能源与可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能和海洋能等，它们在消耗之后还可以得到恢复和补充，不会污染环境，其中，人类对风能的利用已有上千年的历史。地球上可利用的风能为106 MW，是可利用水能的10倍以上。在可再生能源中，风能是一种非常可观的、有前途的能源。风力发电（简称风电）作为一种绿色电力，受到人们广泛的关注，具有资源蕴藏量巨大、可再生、无污染、占地少、周期短等优点;但是风电也存在着风能利用率低以及具有随机性、不稳定和分布不均匀性等缺陷。

1    系统总体设计

风/市电互补系统功率监控系统主要由3部分构成：风/市电互补系统功率监控系统（见图1），风/市电互补系统功率监控系统的数采系统，通过计算机收集数据并建立完整的数据库系统，APP访问计算机数据库的用户系统[1]。

图1  系统功率监控系统

2    系统硬件设计

数据采集系统主要用于对风/市电互补系统功率数据进行采集。风/市电互补系统风电侧为风力发电机组，将风能转化为交流电能，通过控制器、卸荷器、交流/直流（Alternating Curren/Direct Current，AC/DC）转换器变成稳定的直流电，再由逆变器（DC/AC转换器）转换成220 V交流电供用电器使用。市电侧为市电，先将AC/DC转换器接入本系统，再经由逆变器（DC/AC转换器）转换成220 V交流电供用电器使用[2]。

本文以电流及电压采集为例进行简要介绍，其他采集装置同理。将风电和市电的电流、电压互感器分别装在逆变器的2个输入端，这样既能真实地反应系统的实际功率，又能最大限度地节约成本，便于操作。系统接线如图2所示。

图2  系统接线

本设计采用的电压/电流互感器为彦尔DP-58系列开合开口开启分离式电流互感器，开合式开口式电流互感器主要用于配电系统改造项目，安装方便，额定电压为720 V AC，额定频率为50 Hz，二次电流为5 A/1 A。

本设计采用的远程测控终端采用ADAM-3600-C2G智能化远程测控终端单元，其核心芯片采用Cortex A8 600 MHz处理器，主频为600 MHz到1 GHz，A8可以满足各种移动设备的需求，其功耗低于300 MW，而性能却高达2 000 MIPS。内存采用DDR3L 256 RAM内存，内建8*AI，8*DI，4*DO I/O點，预留4槽I/O扩展槽。工作温度为﹣40～70 ℃。

（1）ADAM-3600-C2G智能化远程测控终端单元拥有开放式系统架构，可以选择安装两类无线通信，例如WiFi及 ZigBee，本系统采用ZigBee无线通信模块，构成局域网与数据库服务器通信，以满足现场无线传感器的数据采集与数据库服务器的远距通信。ZigBee是一个基于IEEE802.15.4标准（2.4 GHz频段）的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

（2）ADAM-3600专为控制柜安装所设计，I/O上下出线，标示与指示灯正面显示，易于识别状态与侦错。4个小点数扩展槽，可以在不同的站点间，满足不同的需求。同时，ADAM-3600还配备了小型LED屏幕，可直接显示现场采集数据，并且具有较长时间的数据存储功能。

（3）ADAM-3600内部开放式架构，内建可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 控制器可支持IEC-61131-3于C编辑语言进行编辑与维护，可以在远程终端单元（Remote Terminal Unit，RTU）内部进行简单的数据处理，也可以将数据传送到远程进行大数据分析。

（4）ADAM-3600支持Modbus，DNP3，IEC-60870等通信协议，使用Modbus进行数据传输可以与服务器端完美兼容。

（5）ADAM-3600提供iRTU Studio，让客户可以进行远程配置、升级与更新，符合本设计的整体设计理念。

3    系统数据库设计

数据库系统服务器选用戴尔R730XD服务器，R730XD服务器配Intel至强E5-2600 v3工业CPU主频为1.6 GHz三级缓存15 MB总线规格QPI 6.4 GT/s，主板为IntelC612主板，内存为DDR4 8G内存，硬盘容量为1.2 TB，网卡为千兆四端口网卡，支持Windows操作系统。防火墙采用华为USG6320-AC防火墙，路由器采用TP-Link常规路由器，覆盖范围为300 m。

4    数据传输设计

通过以上操作，将远程测控终端ADAM-3600与数据库服务器R730XD通过ZigBee通信进行了连接，采用的通信协议是Modbus协议，模式为WSCADA模式。然后将ADAM-3600的IP地址设置为192.168.1.66，数据库服务器的IP设置为192.168.1.1，使远程测控终端ADAM-3600与数据库服务器R730XD的IP地址在同一网段。R730XD服务器中预装远程测控终端ADAM-3600上位机软件WebAccess AdvantechiRTU Studio。

5    结语

本章主要介绍了风/市电互补系统功率监控系统的硬件配置，系统采用远程终端ADAM-3600作为系统数据采集终端，采用戴尔T730XD服务器作为系统数据及后台安装服务器，并以电压、电流数据采集为例简要介绍了系统硬件设备情况。

[参考文献]

[1]贾同凯.能源计量监控与管理系统的设计及应用[D].大连：大连理工大学，2015.

[2]单倩敏.节能控制与能耗监测管理系统的数据库设计与实现[D].济南：山东大学，2012.