基于Android的分布式电源监控系统的研发

戎宏娜，尹育新

(1.石家庄信息工程职业学院，河北石家庄050035；2.河北省国土资源厅，河北石家庄050051)

基于Android的分布式电源监控系统的研发

戎宏娜1，尹育新2

(1.石家庄信息工程职业学院，河北石家庄050035；2.河北省国土资源厅，河北石家庄050051)

采用基于样本集约化的熵权法对分布式电源的电能质量进行综合评估，在此基础上建立相应的监控模型，形成目标函数。利用Java语言开发了基于Android的分布式电源监控系统，对分布式电源的有效运行具有重要的指导意义。

分布式电网；远程监控；电能评估；安卓

作为人类社会发展的重要物质基础，能源具有重要的战略地位。在众多的能源中，电力资源具有重要的作用，它的可靠运行是经济和社会持续发展的重要动力。然而，随着传统能源所暴露出的一系列问题，人们逐渐认识到：利用高效、清洁、经济的新型绿色能源来代替传统能源实现可靠的电力供应，是一条必经之路。

新能源是利用新技术和新材料对自然界所存在的一些能源形式进行改造，从而开发出取之不尽、周而复始的可再生能源。目前人类所利用的能源主要有太阳能、风能、生物质能等形式，而利用的主要方式是发电。新能源的发电分为离网方式和并网方式。从目前的发展方向来说，以并网发电为主。但是，由于传统电网的规模越来越大，安全性越来越低，结构上独立、运行方式上灵活的分布式电网成为研究的重点。

分布式电源是指在用户现场或靠近用电现场配置的较小的发电机组(一般低于30 MW)，以满足用户的电能质量需要和支持现存配电网的经济运行。目前，分布式电源既包括小型的燃气轮机，也可以利用可再生能源。而利用可再生能源所实现的分布式电源是今后的发展方向。

分布式电源具有两种运行方式：孤岛运行和并网运行。这两种方式可以在需要时自由切换，因此具有灵活性强的特点。同时，由于它和传统电网在结构上是隔离的，所以不受传统电网停电事故的影响，安全性高。分布式电源的主要发电方式是可再生能源，绿色环保，具有相当的可持续性。

但是分布式电源的运行也具有不可避免的电能质量问题，例如电压偏差、波动、暂降问题、谐波问题、三相不平衡等问题，因此，必须具有一套行之有效的电能质量监控系统才能保证分布式电源的可靠运行。

1 分布式电源电能质量综合评估分析

为了满足用户对电能质量的要求，我国制定了一系列有关电能质量的标准，其中包括电压偏差、频变偏差、电压三相不平衡、电压波动与闪变、公用电网谐波、暂时过电压和瞬态过电压等六项指标。对于这六项指标，我国有单独的评价体系，而对于分布式电源系统而言，还缺少综合性的评估分析模型。因此，如何建立一个合理的综合评估的数学模型，以各单项指标为样本数据，采用适当的数学方法进行综合评估，得出合乎运行实际的电能质量结论，是对分布式电源进行质量监控的核心。

目前应用于电能质量的评估方法很多，例如层次分析法、随机近似法、神经网络算法、模糊算法等，而这些算法共同存在的问题是主观判断成分居多，影响了结论的客观性，因此，利用一定的方法对主观因素进行较正是评估方法可靠的保证。

基于信息熵理论的熵值赋权法是利用信息熵的理论与方法，根据不同指标对整体结果的影响程度来确定其在评估体系中权重的方法。该方法具有以下特点：(1)熵值赋权法基于“差异驱动”原理，突出局部差异，由各个样本的实际数据求得最优权重，反映了指标信息熵值的效用价值，避免了人为的影响因素，因而给出的指标权重更具有客观性，从而具有较高的再现性和可信度；(2)赋权过程具有透明性、可再现性；(3)采用归一化方法对数据进行无量纲化处理，具有单调性、缩放无关性和总量恒定性等优异品质，且鲁棒性较好[1]。从以上的分析可知，采用信息熵的熵值赋权法对样本的权重进行较正是一种行之有效的方法。

电力系统中的电能质量数据是一个数量众多、情况复杂的集合体，而不同类型的数据具有不同的物理含义和不同的影响程度，而在电力系统实际运行的过程中，这些数据又随运行状态的不同呈现出较大的随机性，这给评估带来了一定的难度，因此，为了使评估模型的建立相对简单可行，采用集约化的方法对样本数据进行简化是必要的。

对集合内的样本数据采取一定的方法约束进一定的理论空间内的方法就是集约化。在本研究中，采用随机近似法来实现集约化。具体的操作过程是，随机采集若干组运行数据组成集合组，分析这些数据，相近似的数据选取其中间值来代替，形成一组数据，以此方法，形成一组一组的数据，组成信息集合。

在电力系统中，电能质量的某项指标变化越剧烈，其不确定因素越多，对电能整体质量的影响也越大。而对于信息熵的概念来说，某一项指标变化越随机、越剧烈，其信息熵就越大，而权重也相应就高，所以电能质量的指标模型体系完全可以采用信息熵理论来较正相应的权重系数。

2 电能质量综合评估目标函数的确立

经过以上分析，可以确定电能质量综合评估目标函数为[2]：式中：为第组运行样本集合，以集约化数据为准；为第组数据的权重；ε为专家较正系数。

3 基于Android的监控系统的实现

为了适应现代监控功能的要求，本设计完成了基于Android的监控系统的设计。如图1所示，该系统由三部分组成，分别为底层数据采集模块、中间通信模块和上层监控模块。底层数据采集模块由分布式电源运行状态采集子系统组成，采用传感器加单片机运行模式，通信可采用短距离有线或无线通信方式，例如无线传感网或CAN总线形式，所有的数据集中传输至中间层通信网关。中间层通信模块主要由通信网关、通信网络(Internet)、服务器等部分组成。通信网关由Motorola 32位单片机来担当，主要任务是完成底层通信与中间层通信的协议转换及数据的传输。上层监控中心由监控中心和移动监控端组成。该分布式电源监控系统可以完成电源系统的实时监测与控制，完成分布式电源系统的遥信、遥测、遥控、遥调、遥视等“五遥”功能，具用灵活性强、可靠性强的基本特点。

图1 分布式电源监控系统结构

移动终端采用Java语言实现了基于Android的远程监控。具体过程为由传感器实时采集电源的运行数据，并由底层通信模块和中间层通信网络将数据传递到服务器端。服务器端数据进行分析计算并上传至监控中心。移动终端用户通过服务器端的验证后，获得客户端的所有功能，一方面可以完成电源运行数据查询，另一方面发出控制命令，发至服务器后传至下层执行机构，从而完成远程的控制。

电能质量的评估模型利用C语言编写，并在服务器中实现，以保证评估的可靠性和及时性。

手机终端定时刷新接收数据的程序为：

4 总结

本文采用基于样本集约化的熵权法对分布式电源的电能质量进行综合评估，并在此基础上依据电源种类形成不同的监控模型，建立了相应的目标函数，形成了有效的监控算法。该系统实现了三层分布式电源监控系统，其核心是处于中间层的服务器，完成了电能质量评估计算及运行数据和控制命令转发的功能，并利用Android提供的应用程序实现电源系统的智能化远程控制。结果表明：该系统运行可靠、设备简单、成本低、易扩展，适用于智能控制系统。

[1]张喆.含分布式电源的配电系统电能质量概率评估[D].秦皇岛：华北电力大学，2013：66-67.

[2]张海明.利用信息熵法实现对大数据的分析和处理[D]．昆明：云南大学，2015：15-19.

Research of distributed power monitoring system based on Android

The power quality comprehensive assessment of distributed power supply was conducted by using entropy weight method based on the sample of the intensification.On this basis, the corresponding monitor model was established and the objective function was developed.The distributed power monitoring and control system based on Android was developed by using Java language.So it has important practical significance for the effective operation of the distributed power.

distributed power grid;remote monitoring;electrical energy assessment;Android

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1302-02

2016-01-20

戎宏娜(1980—)，女，河北省人，讲师，主要研究方向为电子信息与计算机软件。