基于TCP/IP的智能微电网负载管理系统设计*

唐黄正，陈文科，朱志伟，杨 述

（长沙民政职业技术学院，湖南 长沙410004）

在传统方案中，如果小电网站无法向用户提供电能，唯一的解决办法就是减少负载，从负载中移除电力供应，以保持系统的稳定[1]。现如今，传统方案被“智能减载（ILS）”方案所取代，该方案通过引入传输控制协议（TCP/IP）进行数据传输，不仅响应速度快，而且能根据优先级管理特定负载的下降，并能准确预测可用发电量的变化[2]。

本文从以下四个方面进行阐述。第一部分使用TCP/IP对ILS进行设计，该协议可以提供智能网络以实现快速数据传输；第二部分介绍了具有智能控制能力的微电网智能控制网络；第三部分是利用MATLAB/Simulink进行了仿真；最后对结果进行了讨论。

1 基于TCP/IP平台的ILS设计

如图1所示，首先，微电网产生恒定功率，并提供给中央控制器，中央控制器快速动作并以位的形式向本地控制器发送信息，这些控制器使用计算引擎连接到各自的客户端。在本地控制器接收到有用的信息后，被发送到客户端，用于切换负载断路器，以实现智能减载。在这里，所有的信息都是通过TCP/IP平台进行交换的，因为TCP/IP以合理的方式控制着电力系统的传输、需求、分配、负载管理和功率。延迟会使电力系统变得不稳定。因此，数据传输应采用可靠的介质，带宽大、速度快，通道响应快。为了实现这一点，TCP/IP是互联电力系统的首选协议，它不仅能提供高带宽，而且响应速度快；第二，它是面向连接的协议，数据流量能够保证安全。

图1 基于TCP/IP平台的ILS设计框图

2 微电网智能控制网络

图2是微电网在服务器客户端场景中的智能控制网络示意图。微电网是一种小型的网络，既有可再生能源，也有以受控方式与之相连的发电源[3]。非自治形式的微电网比独立的微电网具有更高的可靠性。该智能控制网络有一个微电网中央控制器，有一个强大的通信网络，本地控制器作为客户端。双方之间的有用信息通过TCP/IP平台进行传输。微电网与公用事业公司连接，可稳定运行，并向用户提供高质量的电力。

图2 微电网智能控制网络示意图

3 微电网智能控制网络MATLAB模型

本文定义了两个控制器，一个主控制器充当服务器，另一个作为客户端的辅助控制器。TCP/IP网络通道在整个网络中广泛分布，要卸载的负载由服务器决定，这些有用的信息通过TCP传输到本地控制器的客户端，如图3所示。并且在服务器中定义了负载的优先级，借助TCP/IP实现了ILS的快速决策。

图3 微电网智能控制网络MATLAB模型

4 微电网智能控制网络MATLAB仿真结果

图4解释了从发电源产生的功率的性质，这是恒定的，因为系统只能接受恒定的输出，因为它不会根据变化的功率做出准确的决定。它还表明，它需要很短的时间来产生恒定的输出。如果源电压幅值要改变，那么输出也将以同样的方式变化。

图5显示了服务器向客户端生成的信息。10ms是数据从服务器传到客户端，最后通过TCP/IP平台到达负载断路器所用的总处理时间。一个“1”信号在10ms时被接收，因此该位置的断路器将保持闭合，连接到它的负载将正常工作。

图6显示了服务器传递给作为负载的受信任客户端的信息。

图7和图8中显示了在负载断路器接收到控制信号后流过负载断路器的电流和电压信号，之后将为连接的断路器清除故障线路。因此，当响应速度快且能根据所需条件精确响应时，系统就变得智能化了，智能化体现在系统只对真实状态做出响应。

图4 微电网电源传递给服务器

图5 总处理时间

图6 服务器传递信息

图7 负载断路器接收电流控制信号后响应

图8 负载断路器接收电压控制信号后响应

5 结束语

无论是在电力系统或通信系统等领域，智能负载管理都是必不可少的，因为没有智能负载管理系统，信息往往会被误读，可能会有意外事件发生。系统的智能性在于控制器，控制器是系统的大脑，它监视和控制整个网络。在电力系统中，当电力供应不足以满足所连接负载的需求时，哪些负载在接通或断开位置被切换就非常依赖于智能负载管理了。