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直流微网的通讯与能量管理系统

作　者: 沈楚焱
导　师: 杨鹏
学　校: 扬州大学
专　业: 电机与电器
关键词: Zigbee 以太网网关监控软件能量管理优化遗传算法
分类号: TM73
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着直流微网的应用越来越广泛,而占有直流微网技术中重要地位的通信技术,也越来越受到关注。本文的设计正是基于此,详细阐述了在直流微网中Zigbee通讯及以太网网关的实现方案,共分为绪论、网关的硬件设计、网关的软件设计、系统监控软件开发和能量管理优化这五个章节。为实现直流微网中的多个变流设备的通讯,进而实现直流微网的监控和能量管理,提出了基于ZigBee无线传感器网络和以太网的通讯方案。系统采用JN5139实现了多个变流设备、协调器之间的ZigBee通讯；在协调器中,结合CP2200以太网控制芯片,实现了协调器与监控主机之间的以太网通讯。经试验表明,本方案组网灵活、施工维护方便；在协调器中采用ZigBee芯片和以太网芯片直接连接,减少中间环节,提高了系统的整体通讯效果。软件设计以Zigbee协议栈为基础,这个基础之上,实现以太网通信和串行通信的功能。另外,因为CP2200芯片是原有JN5139方案中没有的,还为它单独编写了底层驱动,重点实现了单点发送时由MAC地址找到短地址的方法,实现了数据的双向通讯。实际应用中,由于各种自然和人为因素的干扰,常常会引起系统的输入输出出现偏差。因此,在直流微网系统中对各发电机组DC-DC装置的输入输出电压和电流进行实时监测,并进行分析和诊断对于整个网络的稳定运行起着十分重要的作用。通过无线网络节点实时检测各个机组变流装置的输入输出电压电流可进行故障监测,并将各个参数通过ZigBee协议发送给协调器,经协调器送给计算机,最终在Visual Studio2010集成开发平台上采用C#语言编程实现了对直流微网各节点数据的实时显示和监控。在微网系统实现良好通讯的基础上,针对各可再生能源发电单元与负荷之间的多种能量供需状态,提出了能量管理优化策略。利用遗传算法,根据功率平衡条件、蓄电池的充放电约束条件和实时电价做到经济效益最大。由于环境和条件的限制,可再生能源各个时段发电的预测功率数据都是通过辐射强度预测、风速预测、光伏发电和风力发电的稳态计算模型等得到,并不是非常准确的,在以后的学习研究中,要进一步对其优化。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 研究现状及发展趋势  10-11
    1.2.1 国外微电网研究现状  10
    1.2.2 国内微电网研究现状  10-11
  1.3 直流微网的概述  11-12
  1.4 系统的通讯方式  12-13
  1.5 Zigbee技术简介  13-15
    1.5.1 Zigbee标准概要  13
    1.5.2 Zigbee协议栈  13
    1.5.3 Zigbee堆栈容量和设备  13-14
    1.5.4 Zigbee网络拓扑  14
    1.5.5 Zigbee的技术优势  14-15
  1.6 系统实现流程  15-16
第二章 ZigBee通讯和以太网的网关硬件设计  16-24
  2.1 系统总体设计  16-17
  2.2 Zigbee网络通讯电路  17-19
    2.2.1 JN5139简介  17-18
    2.2.2 JN5139引脚接线图  18-19
  2.3 以太网通讯接口电路  19-21
    2.3.1 CP2200简介  19-20
    2.3.2 CP2200的内部结构图  20
    2.3.3 CP2200引脚接线图  20-21
  2.4 其他相关电路设计  21-22
    2.4.1 电源  21
    2.4.2 串行通信  21-22
    2.4.3 与DSP的接口  22
  2.5 硬件实物图  22-24
第三章 Zigbee和以太网的网关软件设计  24-44
  3.1 编程概述  24
  3.2 通讯数据格式  24-26
    3.2.1 DSP与传感器节点  24-25
    3.2.2 传感器节点与协调器  25
    3.2.3 协调器与上位机  25-26
    3.2.4 数据的处理流程  26
  3.3 Coordinator程序设计  26-41
    3.3.1 Coordinator程序流程图  26-27
    3.3.2 CP2200底层驱动  27-35
    3.3.3 ARP协议实现  35
    3.3.4 通过UDP协议接收和发送数据  35-36
    3.3.5 以太网接收数据以及处理  36-38
    3.3.6 Coordinator主程序  38-41
  3.4 End Device程序设计  41-44
    3.4.1 End Device程序流程图  41-42
    3.4.2 End Device数据处理程序  42-44
第四章直流微网系统监控软件开发  44-53
  4.1 监控软件开发平台介绍  44
  4.2 上位机监控软件  44-50
    4.2.1 界面功能说明  45-49
    4.2.2 数据的接收和发送  49-50
  4.3 数据储存管理  50-53
    4.3.1 数据库介绍  50
    4.3.2 数据表的设计  50-52
    4.3.3 数据存储  52-53
第五章能量优化管理  53-60
  5.1 能量管理的目标  53
  5.2 能量管理策略  53-54
  5.3 微网的能量优化管理模型  54-56
    5.3.1 目标函数  55
    5.3.2 约束条件  55-56
  5.4 模型的求解  56-58
    5.4.1 遗传算法简介  56
    5.4.2 遗传算法的基本思路  56-57
    5.4.3 模型的算法步骤  57-58
  5.5 优化结果  58-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 设计总结  60-61
  6.2 前景展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
作者攻读硕士期间发表的文章  67-68

直流微网的通讯与能量管理系统

内容摘要

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