基于LonWorks电力线载波通信的.docx

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基于LonWorks电力线载波通信的

基于LonWorks电力线载波通信的

【摘要】设计出一种基于lonworks现场总线和组态王的微电网监控系统。

通过将神经元芯片植入微型电源控制器、储能单元控制器和负载开关，使它们成为智能节点，构成基于电力线载波通信的lonworks控制网络。

基于lnsddeserver，利用组态王设计出微电网监控画面，以实时显示系统运行状态，支持操作人员完成微电源负荷分配、负荷启停等功能，并提供相关报表。

实验结果表明，该监控系统操作界面友好，性能可靠，扩展能力强。

【关键词】lonworks;组态王;微电网;监控系统

【abstract】thispaperintroducesadesignindevelopingofsupervisingsystembasedonthelonworkstechnologyandkingview.atfirst,thesystemcombinesneuronchipwithmicro-powercontrollers,power-savingcontrollersandswitchesasintelligentnodestoestablishthenetworkbasedonpowerlineoflonworks.inaddition,throughthesoftwareoflnsddeserver,thesystemdesignsmonitoringpictureswithkingviewtoshowoperationconditionwithreal-timedigitaldataforrelevantoperatorstoanalysisandmakesdecisions.accordingtotheresults,itshowsthattheproposedmonitorhasthefriendlymanipulatinginterface,reliableperformance,andhighabilityofexpansibility.

【keywords】lonworks;kingview;micro-grid;monitoringsystem

0引言

微电网简称微电网，也称微网，它是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，可以同时提供电能和热量；微型电源主要由电力电子装置负责能量转换，并提供必须的控制；微电网相对外部大电网表现为单一的可控单元，同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求。

在微电网中，微型电源的输出功率、储能单元的充放电和负荷的启停一般由能量管理中心发送指令进行控制，另外，这些节点运行的实时状态数据也需要发送给能量管理中心进行显示。

为了保证微电网的稳定运行，必须解决能量管理中心与各节点之间的可靠通信问题。

尤其是当微电网中节点数目较多时，这一问题显得尤为突出。

本文通过将神经元芯片植入微型电源控制器、储能单元控制器和负载开关，使它们成为智能节点，构成基于电力线载波通信的lonworks控制网络。

基于lnsddeserver，利用组态王设计出微电网监控画面，以实时显示系统运行状态，支持操作人员完成微电源负荷分配、负荷启停等功能，并提供相关报表。

1微电网的结构

相对于传统电网，微电网的结构比较灵活。

微电网通常由风能发电、光伏发电等多个分布式微型电源和蓄电池、超级电容器等多个储能单元联合向负荷供电。

微电网对外是一个整体，通过断路器和公共连接点（pcc）与公用大电网相联。

微电网内的负荷既可以从大电网获取电能，也可以直接从微电网内的电源获取电能。

2基于lonworks电力线载波通信的微电网监控系统

lonworks是由美国echelon公司开发的一种针对楼宇自动化、工业控制的现场总线技术。

通过智能节点、路由器和网络管理三部分有机结合构成一个完整网络，各节点不仅能独立完成数据采集、处理和控制任务，而且依赖其嵌入的lontalk通讯协议与其它节点和工作站通信，实现真正意义上的智能分布控制。

a）系统结构

基于lonworks微型电网系统采用三层架构。

第一层为现场控制层，主要为lon节点，包括电源控制器，储能控制器，负荷开关，分别与各分布式电源，储能电源和用电负载连接。

lon节点负责把各个电源的电流、电压、功率、相位和设备工作状态等现场信息通过网络变量进行采集、存储、发送以及接受来自上层的控制策略命令等，是整个微电网系统监控的终端。

第二层为网络传输层，lon节点采用ft3150电力线收发器利用已有的电力线作为通讯介质，负责lon节点与现场总线系统的网络通信功能，通过lontalk协议，组建lonworks网络。

第三层为监控管理层，即能量监控中心，利用组态软件实现远程监控。

组态监控软件通过驱动软件向lnsddeserver请求数据，实现与现场控制层中的lon节点进行数据交换，从而监控整个网络。

系统能量管理中心通过人机界面向工作人员提供微网中各基本单元的运行状态，方便其执行相应的控制策略。

b）硬件设计

lonworks设备由lon节点和现场设备两大部分构成。

现场设备主要为控制系统中的电源控制器，储能控制器及负荷开关。

lon节点则负责lonworks网络与现场设备的连接，是组成lonworks网络的基本单元。

lon节点由神经元芯片、相应外围电路、电力线收发器三部分构成。

既能管理通信，同时具有输入/输出和控制功能。

在基于lonworks的微电网系统中，智能节点的设计开发分为三种：

（1）负责电源控制的lon节点；

（2）负责储能控制的lon节点；（3）负责用户负荷开关的lon节点。

2.1智能节点软件设计

2.1.1编程

神经元芯片程序在nodebuilder环境中采用neuronc语言编写。

neuronc是以ansic为基础，专门为神经元芯片设计的带有网络通信和高级硬件设备监控扩展语句的高级编程语言。

节点开发步骤如下：

（1）定义i/o对象：

根据不同的硬件设备定义相应的变量。

在定义i/o对象时，还可设置i/o对象的工作参数以及对i/o对象进行初始化。

（2）定义定时器对象：

在一个应用程序中最多可以定义15个定时器对象，用于周期性执行某种操作情况，或引起必要的延时情况。

（3）定义网络变量和显示报警：

既可以采用网络变量又可以采用显示报警形式传输信息，一般情况采用网络变量形式。

（4）定义任务：

任务是neuronc实现驱动的途径，是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执行何种操作。

（5）定义用户自定义的其他函数：

可以在neuronc程序中编写自定义的函数，已完成一些经常性功能，也将一些常用的函数放到头文件中，以供程序调用。

2.1.2lonworks网络的建立

将各智能节点通过ft3150收发器与电力线连接，构成物理连接。

控制网络由lonmaker软件创建。

lonmaker是一个设计和分配lonworks控制网络的任务非常出色的工具，它包含强大的网络服务结构和基于lns网络系统的microsoftvisio操作界面。

各lon节点程序编译成功后，可以在microsoftvisio环境下进行功能块组合，实现逻辑连接。

微电网系统功能块如图4所示。

2.2监控软件设计

本文采用组态王软件实现对微电网内各设备的监控。

2.2.1组态王软件

组态王软件支持以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

它能提供资源管理式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。

利用组态王的windows图形编辑功能，可以方便地编制出微电网监控画面，以动画方式显示各个设备的状态，并具有报警、实时趋势曲线显示等功能。

2.2.2数据通信

数据通信是指组态监控程序与lonworks网络之间的数据通信连接，包括两个方面：

硬件连接和通信驱动程序配置。

lnsddeserver是lonworks节点和windows客户应用程序之间交换网络变量，配置属性等信息的工具，可用于任何支持有标准windowsdde接口的应用程序中。

因此组态通讯驱动程序配置中选择dde通讯方式，组态监控程序作为一个dde客户程序，通过lnsddeserver请求数据，实现与lonworks智能节点的数据交换。

lonworks智能节点与组态软件之间的数据交换关系如图5所示。

2.2.3数据库的建立

系统数据库主要用于保存和处理微电网系统数据。

实时数据库是一个连接管理服务器和lonworks节点的桥梁，它可以使组态软件显示工作状态和实时传输给节点。

数据库中的变量主要是系统变量和用户定义的变量。

i/o变量负责组态软件与lon节点中网络变量实现动态数据交换，如本系统中的用电负荷1开关状态对应的nvo_switch[0]，储能控制器输出功率指令对应的nvi_energystorage[0]等。

在组态王运行过程中，当i/o变量的值发生改变时，该值也会自动在写入应用程序；而当应用程序的值变化时，组态王中变量值更新。

2.2.4监控界面

为使微电网系统监控界面简洁明了，仅在主界面上显示微电网接线图。

历史趋势曲线、实时数据报表等则通过菜单栏上的按钮进行画面切换。

微电网接线图以画面的形式给出了微电网各设备的运行的状态，形象展示了整个系统结构。

历史趋势曲线用于显示微网中各参数（如电网电压、电源输出功率等）的变化趋势，从而反映系统的控制效果。

实时数据报表可以使操作人员实时获取微电网数据，并加以保存。

2.2.5程序命令语言

程序命令语言是指当监控软件运行时，自动运行的程序。

命令语言内使用的变量为工程中数据字典内定义的变量。

在程序命令语言窗口中编写微电网在孤岛运行和并网运行两种不同运行模式下的控制策略，监控软件在运行过程中会根据不同的控制策略，对逆变器和负载开关进行相应的调整。

3总结

本文完成了基于lonworks的电力线载波通信和组态王的微电网监控系统的设计。

它具有三个特点：

（1）以电力线为通信介质，布线简单，减少网络建设成本；

（2）各控制单元相对独立，网络的整体效率高；

（3）可移植、可扩展、可组网能力强。

实验结果表明，该监控系统操作界面友好，性能可靠，扩展能力强。

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