基于GPRS及SOCKET的光伏发电数据接收系统研究

2015-12-16张小刚张琪琪

江西电力 2015年6期

张小刚，张琪琪

（国网江西省电力公司九江供电分公司，江西九江 332000）

0 引言

为应对全球化石燃料加速枯竭的能源危机和日益高涨的能源需求，各国大力的推动可再生能源快速的发展，改变能源消费结构，可再生能源将逐渐替代常规化石燃料能源。而光伏发电在其自身得天独厚的条件下，它的发展也是越来越迅速[1]。同时光伏发电也容易受到气象环境等因素的影响。为分析光照强度、气温、湿度等气象条件对光伏发电的影响，需要对发电数据及微气象数据进行采集与分析。另外，由于光伏发电系统通常布设在野外，其数据需要通过GPRS 网络，传送到信息中心进行存储与分析[1，2]。在数据发送端，使用了带GPRS 传输协议的DTU，运行有一个SOCKET 客户端，自动连接到指定IP 地址和端口的SOCKET 服务器。在数据接收端，SOCKET 服务器监视来自客户端连接请求，并接收、解析及保存数据[3，4，5]。本文对基于GPRS 及SOCKET 的光伏发电数据接收系统进行设计。

同时，为保证socket 服务器的长期运行，设计了看门狗软件Watch 以监视socket 的运行状态。另外，还设计了远程调试程序，用于对socket 服务程序进行远程更新。

1 系统总体方案设计

1.1 系统组成

整个光伏发电数据传输系统结构组成如图1 所示。

图1 系统总体组成

本文主要描述其数据接收系统。光伏发电数据接收系统主要组成部分包括SOCKET服务器、看门狗软件程序、以及远程调试程序。其主要作用是接收来自监测终端采集的数据（该数据通过GPRS通信方式发送），并保存到后台服务器中。其传输的主要参数有：逆变器输出工作状态电压、电流、总有用功率、日发电量、总发电量、总运行时间6个电量参数；以及气象站输出的温度、日照、风速、风向4个参数，共10个数据。通过将这10组数据在一定的时间间隔内进行推送，实时的显示出来，以供工作人员的参考。

1.2 数据传输协议

由于数据参数需要远程传输，所以需要数据接收转发器和PC服务器通信协议。下面就光伏发电数据传输系统的数据通信协议进行说明。其中，上行数据（即由DTU向接收端传送）传输帧的格式为：起始符+设备号+数据域+结束符，具体标示如表1 所示（61 个字节）。下行数据（由接收端向DTU 返回应答）传输帐格式固定为“0×73_03_65”3个字节。

表1 上行数据帧格式

其中：

1）起始符：固定为“0×73”。（即ASCII码”S”）；

2）设备号：0×01→湖口；0×02→彭泽；0×03→共青1号；0×04→共青2号；

3）温度：范围-999→+999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1摄氏度）（高位补0，比如温度为2.3度，发送数据就表达为“+023”）；

4）日照：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：流明）（高位补0）；

5）风速：范围000→999（备注，表达为ASCII 码.单位：米/秒）（高位补0）；

6）风向：范围000→999（备注，表达为ASCII 码.单位：度）（高位补0）；

7）A 相电压：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 V）（高位补0）；

8）B 相电压：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 V）（高位补0）；

9）C 相电压：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1V）（高位补0）；

10）A 相电流：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 A）（高位补0）；

11）B 相电流：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 A）（高位补0）；

12）C 相电流：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 A）（高位补0）；

13）当前功率：范围00000→99999（备注，表达为ASCII码.单位：W；该值是总有功功率）（高位补0）；

14）日发电量：范围0000→9999（备注，表达为ASCII码.单位：0.1 kWh；（高位补0）；

15）总发电量：范围000000→999999（备注，表达为ASCII码.单位：kWh；（高位补0）；

16）总运行时间：范围000000→999999（备注，表达为ASCII码.单位：小时；（高位补0）；

17）截止符：固定为“0×65”。（即ASCII码“E”）。

2 Socket服务器的设计

图2为服务器端主程序流程图。

图2 服务器端主程序流程

接收数据服务器端的设计主要是利用了微软的可视化编程工具C#.NET平台所建立起的可视化操作界面，并结合SQL Server 技术存储相应处理后到的数据。服务器端与数据接收转发器通过Socket 通信技术，建立连接以实现数据的传输。

2.1 服务器端的主程序

在服务器端的设计中，基于.NET平台，在服务器窗体设计中，添加相应的控件，并将这些非受管代码转换成受管代码，才可以在.NET 公用语言框架内运行，获得本地IP地址和本地端口号，将相应通信信息显示在信息框内。其中服务器端主要功能包括：

服务器端开放固定端口，并通过Dns.GetHostEntry（）函数来获得本地的IP。再通过Socket 通信技术监听到数据接收转发器，并与之建立连接。否则，一直在不断地监听。

服务器端与数据接收转发器端建立连接后，通过ReceiveVarData（）函数接收数据接收转发器发送的数据包。并对此数据包进行解包，取出相应数据进行分析。

将处理过的数据放入数据库中后，继续接收数据接收转发器每隔10 min发送的数据。

2.2 数据接收方法

数据接收转发器定时发送数据，通过GPRS模块将数据包经Internet发送到Socket服务器端，服务器端通过Socket 通信技术建立连接后，将接受数据转发器发来的数据包，并返回发送反馈应答信息。服务器端通过自带的ReceiveVarData（）函数对数据包进行接收，其接受具体的流程如图3所示。

图3 数据接收流程

服务器端接收到为十进制的数据包，通过BitConverter.ToString（）函数将数据包的十进制数转化为十六进制数；然后通过判断其数据长度是否为完整的数据包，其次分别验证数据包的帧头是否为“73H”、结束符是否为“65H”以及设备号是否对应，若以上条件均满足条件则接受的数据包为完整的数据包，然后将完整的数据存储在数据库中。

2.3 数据转发

为方便开发人员通过远程的方式，对接收到的数据进行分析，socket服务器中集成了数据转发功能。当接收到数据转发请求后，从指定的数据库表中提取数据，发送给数据请求端。数据请求端发来的数据请求格式（字符串）为：

remotedata/tablename/orderColumn/rowNumber 即以“remotedata/”字符串开头，再加上所请求的数据表名、排序字段、数据行数。例如：

SOCKET服务器接收到上述请求后，先从数据库的workdata1表中，按nid的逆序提取100条数据，然后分行写入一个文本文件，再将该文本文件发送到数据请求端。

3 看门狗及远程调试功能

为保证SOCKET服务器的长期可靠运行，以及开发人员通过远程的方式对其进行更新，开发了看门狗软件及远程调试软件。

3.1 看门狗软件

SOCKETE服务器需要不间断运行以接收SOCKET客户端发来的数据，因此需要监测其工作状态，以保证在其发生故障时，能够重启服务。为此，设计了一个看门狗软件Watch。该看门狗作为一个socket客户端，连接到socket 服务器，然后每隔30 秒，向SOCKET 服务器发送一个问询字符串“watch”。SOCKET 服务器接收到后，返回给watch 程序一个应答“OK”。如果watch 连发三次但没有接收到正确的回复（或者连接不到SOCKET服务器），则重启SOCKET 服务器。在重启SOCKET 服务器之前，从数据库中检查是否有更新的SOCKET 服务器程序版本，如有，则先下载再重启。