CN106933116B - 具有matlb接口的微电网仿真调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有MATLB接口的微电网仿真调试方法。数据服务器按照设定间隔通过微电网设备通信接口获取设备实时数据；数据服务器在发送信息获取成功确认数据包同时将控制命令发送给微电网中的设备通信接口；数据服务器将获取到的信息存储到本地SQL数据库中，同时数据服务器在TCP网络上开放数据查询接口与信号控制接口；当MATLB仿真软件需要微电网数据时通过TCP协议接口软件访问数据服务器的数据查询接口获取想要的数据；MATLB仿真软件通过数据服务器的信号控制接口将仿真结果输出到数据服务器中，并由服务器完成微电网设备控制。本发明将MATLB仿真软件和微电网硬件仿真平台集成到一个系统当中，实现了微电网的实时在线仿真，具有通用性强，功能丰富，使用方便等优点。

Description

具有MATLB接口的微电网仿真调试方法

技术领域

本发明涉及一种具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，属于智能微电网仿真技术领域。

背景技术

电力作为国家的支柱能源和经济命脉，在国民经济的可持续发展中起着不可替代的支撑作用。为应对能源危机和环境恶化，要推广应用分布式能源系统，要在大力开发绿色能源的同时，推进智能电网建设。为此，国内的很多研究机构已经大力开展智能电网的理论和应用研究。

微电网研究是智能电网研究的关键内容之一。微电网是规模较小的分布式电力系统，它通过现代电力技术，将燃气轮机、风电、光伏发电，燃料电池，储能设备等分布式发电设备，直接接在用户侧，与本地用电负荷一同构成独立系统。微电网相对于传统配电网具有诸多优势：增加本地可靠性、降低馈线损耗、保持本地电压稳定、通过利用余热，提高能量利用的效率及提供不间断电源等。微电网还可以同大电网进行双向能量交换，双方互为备用，从而提高了整体电力系统的可靠性。微电网可以解决不稳定、间歇发电的分布式能源的稳定接入和高效利用问题，其广泛应用的潜力巨大。然而微电网也有着一些问题急需解决，微电网在设计之初需要进行大量的仿真实验，而传统的仿真方法是用MATLB仿真，难以实现实物在线仿真，影响效率。

目前国内微电网仿真主要停留在软件仿真，即操作人员根据要建立的微电网系统设备参数通过仿真软件建立各个设备的机理模型，在仿真软件中将它们连接，进行仿真调节，然后将仿真结果人工转译为设备指令输入到实际设备中。由于是通过模型仿真，仿真结果的好坏依赖于模型建立的精确性，而且指令转译的工作量较大。国外更多的是通过数据采集卡和与仿真软件组成半实物仿真平台仿真，数据卡采集实际参数不需要建立复杂的机理模型，但数据采集卡价格较高，而且仿真结果同样需要人工转译。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，通过数据服务器获取并存储微电网设备数据，MATLB仿真软件可以通过接口软件访问数据服务器中存储的微电网数据，并且可以通过控制命令接口控制微电网运行。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，包括以下步骤：

数据服务器按照设定时间间隔，通过微电网设备通信接口获取实时数据；

数据服务器在发送信息获取成功确认数据包；

数据服务器将获取到的信息存储到本地SQL数据库中，同时数据服务器在TCP网络上开放数据查询接口与信号控制接口；

当MATLB仿真软件需要微电网数据时，通过接口软件将MATLB仿真软件的查询指令转换为TCP协议的查询指令，进而通过接口软件访问数据服务器的数据查询接口，获取想要的数据；

MATLB仿真软件通过获取的数据进行微电网运行策略或能量调度仿真，根据仿真结果得到对微电网的控制结果，包括是否对微电网进行控制及相应的控制指令；

MATLB仿真软件将控制指令通过接口软件转换为TCP协议的控制指令；

通过数据服务器的信号控制接口将TCP协议的控制指令输出到数据服务器中，并由数据服务器在发送信息获取成功确认数据包的同时，将TCP协议的控制指令发送给微电网中的设备通信接口。

所述实时数据包括电压、电流、频率及设备状态信息。

所述MATLB仿真软件通过接口软件访问数据服务器的数据查询接口，获取想要的数据，具体为：

数据服务器将MATLB仿真软件所需的数据发送给接口软件；

接口软件根据数据类型保存到接口软件中的XML数据表格中，进行缓存；

向MATLB仿真软件发送数据就绪指令；

接口软件将缓存的数据逐条发送给MATLB仿真软件。

所述数据类型包括运行数据和设备状态数据，所述运行数据包括电压、电流、频率。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明具有微电网实时监控功能。通过数据服务器定时读取微电网运行数据利用这些数据经过分析计算得到微电网的运行状态参量(其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变(谐波)、电压暂降、中断、暂升及供电连续性等)。

2.具有安全报警功能。本设计集成微电网传感器与继电控制器的数据，将这些数据集中计算，可以得到微电网状态的预警信息，如超压、过流，频率突变。当某个设备因为故障出现上述安全报警问题，通过切断故障设备的开关可以及时阻止故障传递到整个微电网系统引起连锁反应，大大的提高了微电网的安全性。

3.具有微电网在线仿真功能。实现微电网动态模型仿真实验，满足微网运行设备电气特性研究：包括直流分量、过电流断路器设置、限电流电抗器设置、保护继电器设置、自动负荷分级限制。可以满足分布式电源并网的电能质量研究：包括连接方式、功率因素、电压变动、闪变限值、自动负荷分级控制限制与切离控制程序开发。研究各类逆变器在微网运行环境中的供电性能、保护策略、无功输出，研究微网运行时遇到各种故障(接地短路故障、三相不平衡环境)相应保护控制策略及逻辑控制策略。研究智能微网能量管理系统，实现对微网内分布式电源和各种负荷协调优化控制。

附图说明

图1为应用本发明的微电网系统结构图；

图2为数据服务器的内部架构图；

图3为接口软件的功能结构图；

图4为本发明方法中的仿真调试流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，为应用本发明的微电网系统结构图，微电网各个设备的数据与控制总线经由交换机通过以太网接口传递给数据服务器。数据服务器内运行数据采集程序与SQL数据库程序。另有一台计算机连接数据交换机，用于执行本发明所述的仿真调试。

1)微电网数据接口，用来收集汇总微电网各个子设备的信息数据。

2)数据服务器，可以实时采集微电网的运行状态，包括各个节点的电压，电流，频率，电池的荷电参数以及各设备工作状态，环境信息等；

3)接口软件，可以实现MATLB指令与数据服务器接口的TCP协议之间的转换，另外提供数据缓存功能，远程数据查询与设备控制功能；

4)MATLB仿真软件，负责分析计算微电网运行状态与环境传感器的数据，根据历史与实时数据通过操作者编写的算法程序计算得到微电网的最优运行策略。

如图2所示，为数据服务器的内部架构图，主要分：数据采集模块、SQL数据库模块和TCP协议接口模块。

数据采集模块，包括设备数据接口模块和设备命令表。设备数据接口模块按照微电网各个设备标准命令格式进行通信，一般为标准MODBUS格式。设备命令表为各厂商提供。当设备数据接口模块采集到设备数据时，调用设备命令表进行数据解析。

SQL数据库模块主要分为两个模块：数据管理模块和设备管理模块。

数据管理模块，主要包含网关信息表、命令信息表、设备信息表和设备数据表(包括：设备能耗数据表、环境监控数据表、可再生能源数据表)。网关信息表用来保存所有网关的信息；命令信息表用来保存对用电设备的操作命令；设备信息表用来保存所有用电设备的信息；设备数据表用来保存设备的能耗数据、环境数据、可再生能源数据。

设备管理模块，主要包含两类，一类是微电网设备信息表，另一类是设备状态表。设备信息表，主要包括：设备命令表，发电设备命令表，负载设备信息表，储能设备信息表，传感器信息表。其中，设备命令表，跟发电设备命令表，负载设备信息表，储能设备信息表，传感器信息表的关系都是一对多的关系；设备状态表，主要包括：发电设备状态表，负载设备状态表，储能设备状态表，传感器状态表等，他们和相对应的微电网设备信息表，是一对一的关系。

TCP协议接口模块用于数据服务器和计算机中的接口软件通信。

如图3所示，为接口软件的模块构成。接口软件与MATLB仿真软件安装在一台计算机中。这台计算机在物理层通过以太网与数据服务器连接，在信息层通过TCP协议与数据服务器进行数据交换。所述MATLB软件为商用的通用仿真软件，接口软件为MATLB软件与数据服务器信息交换构建桥梁，同时也有其他的功能。

数据收发模块，负责与数据服务器通信，获取数据发送控制命令，协议方式为TCP协议，同时提供XML技术的数据缓存业务。

数据库管理模块，通过远程数据库连接协议直接与数据服务器中的SQL数据库连接。负责处理仿真软件需要的大量数据查询服务，提供远程SQL数据库的修改/删除的管理服务。

管理与显示模块，主要分为后台系统维护和管理界面和前端用户监测和控制界面。在后台系统维护和管理界面中，主要包括：数据库的连接、网关的管理。前端用户监测和控制界面包括：用电设备的管理、用电设备的控制、用电设备的能耗监测等界面。

用户通过Web浏览器向服务器发送调用请求，服务器处理请求并进行相关操作。在用户发送操作请求前，需要先建立和数据库的连接，否则系统无法正常运行。在数据库成功连接之后，用户发送相关操作请求，服务器通过调用数据库，得到相关数据，然后将处理结果返回到操作页面、或做出相关操作。

同时该系统还具有如下特点：可移植、面向Web体系、可扩展、易维护，高时效。为了保证系统的健壮性和稳定性的要求，我们采用了已经非常成熟的J2EE技术，遵循建立在计算机网络上的应用程序三层体系结构：数据层、业务逻辑层、表示层。

MATLB接口模块，负责与MATLB仿真软件通信，读取与解析MATLB命令，同时为MATLB仿真软件传递数据。

如图4所示，为本发明的仿真调试方法流程图。其实施例包括以下步骤：数据服务器按照每1秒至数秒(具体时间视需要可调)的间隔通过微电网设备通信接口获取设备实时数据，数据包括电压、电流及设备状态信息；数据服务器在发送信息获取成功确认数据包同时将控制命令发送给微电网中的设备通信接口；数据服务器将获取到的信息通过ADO.net存储到本地SQL数据库中，同时数据服务器在TCP网络上开放数据查询接口与信号控制接口；当远端MATLB仿真软件需要微电网数据时可以通过TCP协议接口软件访问数据服务器的数据查询接口获取想要的数据；MATLB仿真软件可以通过数据服务器的信号控制接口将仿真结果输出到数据服务器中，并由服务器完成微电网设备控制。本发明将MATLB仿真软件，微电网硬件仿真平台通过TCP/IP网络集成到一个系统当中，实现了微电网的实时在线仿真，具有通用性强，功能丰富，使用方便等优点。

所述MATLB仿真软件通过接口软件访问数据服务器的数据查询接口，获取想要的数据，具体为：数据服务器将MATLB仿真软件所需的数据发送给接口软件；接口软件根据数据类型保存到接口软件中的XML数据表格中，进行缓存；所述数据类型包括运行数据和设备状态数据，所述运行数据包括电压、电流、频率。；向MATLB仿真软件发送数据就绪指令；接口软件将缓存的数据逐条发送给MATLB仿真软件。

Claims (4)

1.一种具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据服务器按照设定时间间隔，通过微电网设备通信接口获取实时数据；

数据服务器在成功获取数据信息后确认数据包；

数据服务器将获取到的实时数据存储到本地SQL数据库中，同时数据服务器在TCP网络上开放数据查询接口与信号控制接口；

当MATLB仿真软件需要微电网数据时，通过接口软件将MATLB仿真软件的查询指令转换为TCP协议的查询指令，进而通过接口软件访问数据服务器的数据查询接口，获取想要的数据；

MATLB仿真软件通过获取的数据进行微电网运行策略或能量调度仿真，根据仿真结果得到对微电网的控制结果，包括是否对微电网进行控制及相应的控制指令；

MATLB仿真软件将控制指令通过接口软件转换为TCP协议的控制指令；

通过数据服务器的信号控制接口将TCP协议的控制指令输出到数据服务器中，并由数据服务器在成功获取数据信息后确认数据包的同时，将TCP协议的控制指令发送给微电网中的设备通信接口。

2.根据权利要求1所述的具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，其特征在于，所述实时数据包括电压、电流、频率及设备状态信息。

3.根据权利要求1所述的具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，其特征在于，所述MATLB仿真软件通过接口软件访问数据服务器的数据查询接口，获取想要的数据，具体为：

数据服务器将MATLB仿真软件所需的数据发送给接口软件；

接口软件根据数据类型保存到接口软件中的XML数据表格中，进行缓存；

向MATLB仿真软件发送数据就绪指令；

接口软件将缓存的数据逐条发送给MATLB仿真软件。

4.根据权利要求3所述的具有MATLB接口的微电网仿真调试方法，其特征在于，所述数据类型包括运行数据和设备状态数据，所述运行数据包括电压、电流、频率。

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