独立运行风光互补电站监测系统的研究

毕业设计（论文）题目：独立运行风/光互补电站监测系统的研究所属学院:电子工程信息学院目录TOC\h\z\t"标题1,1,二级标题,2,三级标题,3"摘要： IIIAbstract： IV第一章引言 11.1课题背景 11.1.1可再生资源的利用现状与发展 11.1.2我国太阳能和风能资源 11.2国内外研究情况 41.2.1国外研究情况 41.2.2国内研究水平 61.3课题研究意义及主要工作 6第二章 独立运行风、光及其互补电站 82.1独立运行的光伏电站 82.1.1系统组成 82.1.2光伏电站的主要部件介绍 82.2独立运行风力发电站 132.2.1系统组成 132.2.2风力发电站主要部件 142.3独立运行风/光互补电站 172.4独立运行风/光互补电站监测策略 18第三章硬件电路设计 203.1方案选择 203.2硬件电路结构图 213.3EDA9033A三相电参数数据采集模块 223.3.1EDA9033A三相电参数采集模块简介 223.3.2EDA9033A模块接线图 243.3.3EDA9033A-ASCII码指令集及参数计算说明 263.4RS485通讯连接 273.4.1RS485介绍 273.4.2RS485通讯电路 28第四章软件设计 304.1编程环境介绍 304.2主要控件介绍 314.2.1MSComm控件 314.2.2坐标系统 334.2.3时钟控件 344.3程序结构 344.3程序设计 354.3.1MSComm通讯程序 354.3.2波形显示程序 364.3.3模拟仿真 36第五章总结 40参考文献 41致谢 42附录ⅠMSComm通讯程序 43附录Ⅱ仿真程序 44窗体1-欢迎界面 44窗体2-选择界面 44窗体3-1号风机 46窗体6-1号光伏板 58

独立运行风/光互补电站监测系统的研究电子信息工程学院电气071501卢林龙指导教师：刘立群摘要：随着供电需求的不断增加、电力系统规模扩大、运行要求不断提高，工作量的增大与人力相对不足的矛盾日益突出。同时，为减少人为错误对安全生产的影响，自动化将是一个不可逆转的趋势。电站监控系统的改进和进一步完善是十分必要的，特别是充分发挥计算机的潜力和特点，替代变电站值班人员易发生错误或难以持久进行的某些工作，如某些单调、重复的检测、对低概率事件的长期监视等，其需求尤为迫切。本文利用EDA9033A电参数采集模块采集风/光互补电站参数，通过RS485将数据传输给计算机，依靠VB编写的监测系统处理输出显示数据与波形。利用这个监测系统的可以实时、准确、长久的对电站进行监测，确保电站稳定、高效、经济的运行。关键字：风/光互补电站，监测系统，VB输出波形，多窗口应用

TheResearchofMonitoringSystemforHybridPV/WindPowerStationSchoolofElectronicandinformationengineeringElectricalDirector：LiuLiqunAbstract：Withtheincreasedemandofpowersupply,thescaleexpandofelectricpowersystem,theimprovementoperationrequirements,theconflictbetweentheincreasingworkloadandrelativeshortageofpersonnelhavebecomeincreasingprominent.Atthesametime,automationwillbeaninexorabletrendtoreducetheinfluenceoftheproductionsafetybyhumanerror.Itisnecessarythatpowerstationmonitoringsystemshouldbefurtherimproved.Especiallymakingfulluseofthecomputer’spotentialandcharacteristicstoreplacesometasksthatthesubstationworkswhichareeasilytogivefaultorhardtosustained,suchassomemonotonousandrepetitivetesting,thelong-termmonitoringoflowprobabilityeventsetc,thedemandisparticularlyurgent.ThistestuseEDA9033Aelectricparameteracquisitionmodule,transferthedatatothecomputerthroughRS485,processingtheoutputdisplaydataandwaveformsdependonmonitoringsystempreparedbyVB.Usingthemonitoringsystem,wecanmonitoredthestationreal-timely,accuratelyandinlong-term,andensureastable,efficientandcheaperoperation.KeyWords:HybridPV/windpowerstation,monitoringsystem,VBoutputwaveform,Multi-windowapplications第一章引言1.1课题背景1.1.1可再生资源的利用现状与发展所谓可再生能源主要指太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等自然能源。其突出特点是资源丰富，可再生，可供人类永久利用，不存在资源枯竭的问题。据有关专家测算，仅太阳能、风能、水能和生物质能在现有的科学技术水平下，全球一年获得的资源量即达1033亿tce(标准煤，下同)，大约是2000年全世界一次能源消费量(143亿特tce)的7.2倍，比2020年需求量(203亿tce)还要多4倍，预测到2050年左右，可再生能源发电量将达到世界总发电量的30-40%左右，成为人类的基础能源之一。自上个世纪70年代发生了石油危机以来，促使了一批可再生能源新技术的诞生。到上个世纪90年代，世界各国可再生能源发展迅速，世界上许多国家都把可再生能源作为未来国家能源的基础，其中风能、太阳能和生物质能发展速度最快，有广阔的发展前景，因为可再生能源的利用增长率远高于常规能源。其中风力发电是可再生能源中成本最接近常规能源的清洁能源，因此其发展速度最快，年增长率达27%；而据欧洲JRC的预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到10%以上，可再生能源在总能源结构中占到30%；2050年太阳能发电将占总能耗的20%，可再生能源占到50%以上，到本世纪末太阳能发电将在能源结构中起到主导作用。1.1.2我国太阳能和风能资源我国地处北半球欧亚大陆的东部，幅员辽阔，有着丰富的太阳能资源，但随着纬度和地形、气候条件的不同，太阳能在全国的分布有很大的区别。中国各地的太阳能年辐射总量大约在3.3×106～8.4×106千焦/米2年之间，其平均值是5.9×106千焦/米2年。我国太阳能资源丰富和比较丰富的Ⅰ、Ⅱ类地区面积约占全国总面积的2/3以上。我国的风力资源也比较丰富，近十几年来，对风能资源状况作了较深入的勘测调查，全国可开发利用的风能资源总量约2.5亿千瓦。东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速≥6米/秒，有效风能密度≥200瓦/米2，具有很好的开发利用条件。和常规能源相比较，太阳能和风能资源具有如下5个优越性：1）取之不尽，用之不竭太阳内部由于氢核的聚变热核发应，从而释放出巨大的光和热，这就是太阳能的来源。根据氢核聚变的反应理论计算，如果太阳像目前这样，稳定地每秒钟向其周围空间发射3.826×1028焦耳的辐射能，在氢核聚变产能区中，氢核稳定燃烧的时间，可在60亿年以上。也就是说太阳能至少还可像现在这样有60亿年可以稳定地被利用。太阳发射出的能量，只有22亿分之一被地球所获得，其余部分都散射到太空中去了。但这一部分能量也是很可观的，地球表面一年中仍可获得7.034×1024焦耳的能量，相当于燃烧200万亿吨烟煤所发生的巨大热量。根据古斯塔夫逊的计算，太阳通量在地球和太阳间的数值为1400瓦/米2，而地球表面上所获得的功率为1.8×1017瓦，一年中所获得的能量换算成电力约为1.58×1018度。风能是太阳能的一种转化形式，仍根据古斯塔夫逊的估算，在全球边界层内，风的总功率为1.3×1015瓦，一年中约为1.44×1016度电力的能量。这相当于目前全世界每年燃烧矿物能源所产生能量的3000倍左右。此外，从长远来看，人类为免除矿物燃料资源枯竭的威胁，从目前的矿物燃料能源结构，转变到持久能源结构，已是势在必行，而且现在已经开始了转变。2）就地可取，不需运输矿物能源中的煤炭和石油资源在地理分布上的不均匀，以及全世界工业布局的不均衡造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些矿物能源必须经过开采后长途运送，才能到达目的地，给交通运输造成压力。对一些高山、孤岛、草原和高原等电网不易到达、交通不方便的地方，充分利用气象资源，会带来很大方便。在我国幅员辽阔，人烟稀少的少数民族聚居地和边远地区，由于远离电网而很难获得经济可靠的电源，同时这些地区所设置的邮电局、微波中继站、气象台、电视调频差转台以及边防哨所需要的电功率都在10千瓦以下，目前采用柴油发电机组供电，其成本高，不但柴油需求量大，而且燃料运输路途遥远，费用高。这些地区若合理地利用太阳能、风力发电装置，就更加能够显示出太阳能、风能发电的优越性。3）分布广泛，分散使用如果将10米高处，能量密度大于150～200瓦/米2的风能，作为有利用价值的风能，从世界风能分布图上可以看出全世界约有三分之二的地区具有风能利用价值。太阳能年辐射总量一般大于5.04×106千焦/米2年，就有实际利用价值，若大于6.3×106千焦/米2年，则为较高利用价值地区。世界上约有二分之一的地区可以达到这个数值。虽然太阳能和风能分布也具有一定的局限性，但与矿物能、水能和地热能等相比仍可视为分布较广的一种能源，称得上具有分布较广，到处都有的优点。4）不污染环境，不破坏生态人类在利用矿物燃料的过程中，必然释放出大量有害物质，如SO2,CO2等，使人类赖以生存的环境受到了破坏和污染。此外，其他新能源中水电、核能、地热能等，在开发利用的过程中，也都存在着一些不能忽视的环境问题。但太阳能和风能在利用中不会给空气带来污染，也不破坏生态，是一种清洁安全的能源。5）周而复始，可以再生在自然界可以不断生成并有规律地得到补充的能源，称为可再生能源。太阳能和风能都属于可再生能源。煤炭、石油和天然气等矿物能源经过几十亿年才形成，而且短期内无法恢复。当今世界消耗石油、天然气和煤炭的速度比大自然生成它们的速度要快一百万倍，如果按照这个消耗速度，在几十亿年时间里所生成的矿物能源将在几个世纪内就被消耗掉。目前，非再生能源占世界能源结构的98%左右，为了减少不可再生的矿物能源的消耗量，我们一方面要致力于提高矿物能源的有效利用率，节制利用矿物能源，另一方面必须积极开发可再生能源和核能。太阳能和风能尽管与常规能源相比具有五大优越性，是极好的能源，但在利用时也存在着以下两大弊端：1）能量密度低标准状态下，空气的密度在仅为水的密度的1/773。在3米/秒风速时，风的能量密度仅为0.02千瓦/米2，而在水流速为3米/秒时，其能量密度达到20千瓦/米2。在相同流速下，要想获得与水能同样大的功率，风轮直径要相当于水轮的27.8倍。太阳能能量密度也很低，必须装置相当大的受光面积，才能采集到足够的光能。所以不论太阳能还是风能都是一种能量密度极其稀疏的能源，也就是单位面积上所获得的能量比较小的能源。2）能量不稳定太阳能和风能对天气和气候都非常敏感，它们都是随机能源。虽然各地区的太阳辐射和风的特性在较长时间内大致上有一定的统计规律性可循，但是其强度无时无刻都在不断的变化之中，不但各年间有变化，甚至在很短时间内还有无规律的脉动变化。此外，太阳能还具有昼夜有规律变化的特点。这种时大时小的不稳定性也给太阳能和风能的使用带来了很大的困难。由于具有这两大困难，所以要想把这两种能源转变成经济而又可靠的电能，存在很多技术问题。这也就是几个世纪以来太阳能和风能的利用发展极为缓慢的原因。但是，随着现代科学技术的发展，太阳能和风能的利用都已经在技术经济上有所突破，有些应用已经进入了商业性应用领域。1.2国内外研究情况1.2.1国外研究情况在新能源的利用上，欧共体、美国、日本等处于世界先进水平。由于风能相比太阳能，更加不稳定。国外由于电网普及面比较广，并网运行风力发电机组效率高，运行安全可靠，从节能和机组效率的角度来看是一种理想的运行方式，所以国外在风力发电的利用方面，主要还是采用并网型大型风力发电站的形式。在解决有风无电地区居民集结点的供电问题上，国外一般采用风/柴电站交替运行方案，它需要配备一定容量的柴油发电机组，且绝大多数着眼于生活用电的需要。这种电站归纳起来有三种方案，即负载控制方案，配备长期储能装置方案，配备短期储能装置方案。在负载控制方案中公认为较成功的英国IRD公司在英国三个岛上建立的55kW风力机和容量不等的柴油发电机交替运行获得了较好的效果。该方案是将负载分为优先、次要和耗能负载，由发电机频率控制其通断，当风电不足以保证“优先”负载时启动柴油发电机组，无须储能。该方案运行可靠，在风能资源丰富地区可达到满意的节油效果，但它具有投资过高，次要负载用电效率低，负载档次分得过细的缺点。长期储能方案的风电一蓄电池一逆变器系统对10kW以上容量的电站来说，投资过高。如在爱尔兰的CapeClear岛进行了60kW风力机，72kW柴油发电机和100kWh蓄电池的示范工作，这种方案避免了柴油发电机的频繁起动，但同时也存在着造价高、控制复杂的缺点。英国Reading大学对部分储能方案进行了论证和计算机模拟工作，认为是可取的。短期储能现有飞轮储能和液压储能，还处于试验阶段。下面介绍荷兰和日本光伏系统控制器的研究情况。荷兰荷兰的光伏电站专用控制器已经达到了专业化的生产水平，而且技术性能也有很大提高。其控制器带有最大功率跟踪功能（MPPT）（只用于70Wp以上的光伏系统），在蓄电池亏电和光强较弱时，可比普通控制器的充电效率提高30。控制器对蓄电池采用了三种充电方式:当蓄电池电压较低时以MPPT方式充电；当蓄电池电压达到设定值1（如12V蓄电池，设定值1为14.1V）时，转为吸收充电，1小时后转为恒压浮充充电（对12V蓄电池，充电电压在13.25V)；当电池电压低于设定值2（如12V蓄电池，设定值2为13V）时，又转换为MPPT充电。此外，蓄电池带有温度传感器，具有温度补偿功能。当蓄电池温度升高时，能自动适当降低满充电压的控制门限，防止蓄电池电解液气化；而当蓄电池温度过低时，能自动提高满充电压的控制门限，保证蓄电池充满。日本作为中日在新能源开发利用的合作内容的一部分，日本NEDO在中国安装了14套独立运行光伏集中电站。2001年5月，中日合作甘肃敦煌玉门关8.4kWp光伏示范电站的建立。玉门关光伏电站共有8路光伏发电支路，各支路分别由8块SHARP公司设计的控制器单独控制。控制器由模拟分离元件构成，通过调节可调电阻来设定控制点电压，当蓄电池电压低于这条光伏支路所设定的下限控制电压值时，闭合开关，让该光伏支路对蓄电池进行充电；当蓄电池电压高于这条光伏支路所设定的上限控制电压时，断开开关，停止该光伏支路对蓄电池的充电。玉门关光伏电站的运行参数除了电压、电流、系统输出直流电能等参数通过安装在控制柜表面的电压表、电流表和电度表显示之外，其他的运行参数都由单独的测量柜采集，并存储在数据采集卡中，不就地显示。通过定期更换数据采集卡，用PC机来处理、分析卡上的数据，作为研究光伏电站运行状况的依据。其他的中日合作光伏电站分别由京瓷、壳牌等日本公司提供，在系统设计上，类似于SHARP公司所设计的玉门关光伏电站。1.2.2国内研究水平在国内，研究、并实际设计独立运行风/光互补电站的单位，主要有中国科学院电工研究所的新能源室、北京计科公司、各地新能源研究所、高校、以及一些公司。独立运行的风/光互补电站，在我国主要应用于如下地区：地域辽阔、居住分散、游牧性强的牧民所居住的草原牧区，以及边防哨所、气象站、电视传送站等。目前国内的风/光互补电站的控制器具有以下共同点：控制电路基本上都是由模拟分离元件构成，通过模拟电压比较电路，采集蓄电池电压跟各控制点电压（控制点电压通过调节可调电阻来设定）进行比较，来决定光伏支路或风力发电机是否对蓄电池进行充电，在控制柜运输、搬运、安装过程中，有可能因为颠簸而造成控制点电压值的改变；因为市场和应用条件不同，国内在设计不同用途，不同安装地点，不同容量的光伏、风电，或风/光互补系统时，需要单独设计控制器，未能形成系列化产品；在蓄电池的充、放电控制中，仅仅考虑了蓄电池的端电压因素，而实际上，蓄电池的充、放电过程较复杂，还与温度高低、充放电电流大小等因素密切相关；由于采用模拟分离元件设计控制器，很难实现运行数据的统计、显示功能，从而不能分析电站的运行状况和性能。1.3课题研究意义及主要工作在我国，由于电网还不够普及，边远地区还有众多人口无电、缺电，还需要通过建立一系列的风/光互补电站来满足这部分无电人口的用电需要。随着电力系统规模扩大、电站数目不断增加、运行要求不断提高，工作量的增大与人力相对不足的矛盾日益突出。同时，为减少人错误对安全生产的影响，自动化将是一个不可逆转的趋势。电站监控系统的改进和进一步完善是十分必要的，特别是充分发挥计算机的潜力和特点，替代变电站值班人员易发生错误或难以持久进行的某些工作，如某些单调、重复的检测、对低概率事件的长期监视等，其需求尤为迫切。因此，电站监控系统的深入研究意义深远电站监测系统有助于风/光互补电站稳定高效的运行，提供更加可靠的电能。本文所介绍的风/光互补电站的监测系统采用了集成数据采集卡作为采集核心模块，并用VB在计算机上编写简单、实用可视化界面。优点表现在：参数采集简单，易于实现；不但可以使用与风/光互补电站，也可以兼容地运用于单纯的光伏、风力电站，能同时监测3个光伏阵列和3台风力发电机，系统监测容量扩充简单；监测参数实时更新，最短刷新间隔为0.1秒，大大提高了监测的实时性与电站运行的稳定性；监测系统具备运行数据计算和显示功能，为评价系统性能、分析电站的运行状态，以及后续的互补控制提供了依据；本监测系统还将各类参数以实时波形的形式显示在监控界面，更加直观简单的表现出电站的运行情况。论文的主要工作包括：按照风/光互补电站的运行特点，提出合理的监测策略；根据既定的监测策略，选取采集模块，进行软、硬件设计，实现监测功能；实现监测系统运行数据计算和显示功能；按3台风力发电机与3个光伏阵列进行模拟监测。

第二章独立运行风、光及其互补电站为了了解独立运行风/光互补电站控制监测系统的工作原理，本章主要介绍了独立运行的风、光电站的三种典型应用:独立运行光伏电站、独立运行风力发电站、独立运行风/光互补电站。最后，提出论文所介绍的独立运行风/光互补电站监测系统的监测策略。2.1独立运行的光伏电站2.1.1系统组成太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能直接转换成电能的新型发电技术。太阳光辐射能经光伏器件转换成电能，再经过能量储存、控制和保护、能量变换等环节，成为可按人们需要向负载提供的直流或交流电能。太阳电池阵列太阳电池阵列太阳电池阵列……太阳电池阵列控制器逆变器交流负载蓄电池直流负载图2.1独立运行光伏原理图独立运行光伏电站原理图如图2.1所示，主要由以下几部分组成：太阳电池阵列、蓄电池、充放电控制器、逆变器和用户负载。目前，虽然光伏发电的成本仍然较高，但由于其可靠性高，维护费用低，以及太阳能的分布广泛，光伏发电技术在边远无电地区以及人口分散地区得到了广泛的应用，在这些地区所使用的光伏电站都属于独立运行系统。2.1.2光伏电站的主要部件介绍太阳能电池太阳电池的原理将太阳光辐射能直接转换成电能的关键器件称为太阳电池，它主要是由半导体材料制成。人们很早就发现，在太阳光照射下，一些特定的半导体内可以产生自由电荷，这些自由电荷的定向移动和积累可在其两端产生一定的电动势并向外电路提供电流。这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应，它是制造太阳电池的物理基础。用适当波长的光照射到太阳电池由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的PN结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收后，在导带和价带中产生非平衡载流子—电子和空穴。由于PN结势垒区存在较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向作漂移运动，结果使P区电势升高，N区电势降低，PN结两端产生光生电动势，这就是PN结的光生伏特效应。由于光照产生的非平衡载流子各向相反方向漂移，从而在内部构成自N区流向P区的光生电流。在PN结短路情况下构成短路电流密度Jsc。在开路情况下，PN结两端建立起电势差Voc，也即开路电压。如将PN结与外电路接通，只要光照不停止，就会不断的有电流流过电路。太阳电池的特性和主要参数太阳电池的输出特性主要由I-V曲线体现，光照下太阳电池的特性曲线如图2.2所示。即当太阳电池短路时V=0输出电流为短路电流值（I=Isc）；当太阳电池开路时I=0，输出电压为开路电压Voc。图2.2太阳电池I-V曲线在恒定光照下，一个处于工作状态中的太阳电池，其光电流IL不随工作状态而变化，在等效电路中可把它看作恒流源。光电流的一部分流经负载RL，在负载两端建立起端电压Vo反过来它又正向偏置于PN结，引起与光电流方向相反的暗电流IF，暗电流的数值同PN结上的正向偏置电压Vj有关，它抵消了一部分光电流，流经负载的输出电流为I=IL-IF（Vj）。一个理想的PN结太阳电池的等效电路如图2.3（a）所示。图2.3单晶硅等效电路不考虑串并联电阻考虑串并联电阻由于前表面和背表面的电极接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免地要引入附加电阻。在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻Rs来表示。由于电池边沿的漏电，以及制作金属电极时在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一歌并联电阻Rsh来等效。这样，一个简单而又比较接近实际的等效电路如图2.3（b）所示。根据太阳电池的等效电路，我们可以得到其输出电流和输出电压之间的关系为QUOTE（式2.1）太阳电池的主要参数包括开路电压、短路电流、峰值功率、填充因子和转换效率。其中，开路电压指太阳电池组件在外电路开路情况下的端电压，用符号Voc表示；短路电流指太阳电池通过外电路直接短路时，流经外电路的电流，用符号Isc表示；峰值功率，为表征太阳电池输出能力和容量的一个很重要的参数，指在标准测试条件下，即在辐射强度为1000W/m2，大气质量为1.5（AM1.5）太阳电池的结温为25oC的环境下测得的太阳电池的最大输出功率，用符号Wp表示；太阳电池输出特性的填充因子定义为QUOTE（式2.2）它表示输出最大功率占以Voc和Isc为边长的矩形面积的百分比；光电能量转换效率QUOTE是衡量太阳电池质量和技术水平的重要参数，其定义为QUOTE（式2.3）独立运行、光伏发电系统中太阳电池的运行状态单块太阳电池的端电压和输出电流都较小。对于集中型的光伏电站来说，为了减少输电线路上的功率损耗，通常需要提高光伏电站的输出电压，如在10kW以下的独立运行光伏电站中，系统电压通常选择为48V，而在10kW以上的光伏电站中，系统电压需要提高到110V或者220V。系统电压的提高，需要采用多块太阳电池串联的工作方式，而为了增大输出电流，是通过把多条串联支路并联起来，构成光伏串并联支路来实现的。独立运行光伏电站的控制，主要是基于对光伏串并联支路的控制。当太阳电池输出功率较小、或者基本没有输出时（比如阳光较弱，或者夜晚的时候），为了防止蓄电池对太阳电池反向供电，在光伏支路中串联了只能单向导通的防反二极管，保证了电流的流经方向只能是由光伏支路到蓄电池。蓄电池地面可获得的太阳光辐射量是不断变化的，一天中从早到晚都在不断的变化之中，而且一年四季中不同月份的太阳光辐射量也是不同的，天气的变化更是对它有直接影响。太阳光辐射量强度的变化必然引起直流发电系统输出电能的变化，而且这种变化同负载的用电需要没有必然联系，使得光伏电站的发电和用电无法匹配。并网光伏电站，可以利用电网作为储能系统，而独立运行的光伏电站主要是依靠蓄电池来储存多余的电能。铅酸蓄电池和镉镍蓄电池是目前光伏发电系统中最常用的两种储能单元。蓄电池常用安时数(Ah)来表示其额定容量，它表明在规定的时间内蓄电池一次放出的最大电能。蓄电池的使用寿命由循环次数决定或者由正极板的腐蚀情况确定。当蓄电池的容量下降到额定容量的某一个百分比（80%），可以认为该蓄电池已经基本接近其使用寿命。蓄电池容量逐渐下降的最常见原因是充放电过程及蓄电池极板隔栅腐蚀所引起的活性物质的逐渐丢失。从蓄电池运行角度看，以下这些因素都对蓄电池的寿命有着很大影响：经常性深度放电，这容易造成正极板活性物质的脱落；温度过高会加速极板的腐蚀；经常性过度充电也会加速极板的腐蚀；经常性充电不足（欠充）会导致硫化和电解液分层现象，从而使容量下降。作为储能蓄电池重要参数之一的蓄电池电压取决于电池种类、充电状态、放电速率、温度和电解液溶度等因素的影响。在独立运行光伏电站中，考虑到太阳电池和蓄电池的内阻，光伏支路对蓄电池的充电电流为：QUOTE（式2.4）式中，QUOTE为光伏支路的端电压，E为蓄电池电动势，Rpv为该光伏支路的等效内阻，Rc为蓄电池内阻。由上式可知，只有在QUOTE＞E时，才会有充电电流流入蓄电池。充放电控制器充放电控制器是直流控制系统中最主要的部分，也是光伏电站中不可缺少的部分。它的主要功能和作用是让蓄电池在允许的限制范围内按照系统设计者规定的模式工作，特别是要防止过度充电和深度放电。此外，国外在很多场合使用的光伏电站控制器带有最大功率点跟踪功能（MPPT），能够提高太阳电池的输出功率以及提高太阳电池对蓄电池的充放电效率。逆变器太阳光伏阵列只能产生直流电，在负载为直流负载时可以直接应用。在独立运行电站有交流负载的情况下，逆变器成为系统中不可缺少的重要部分。逆变器将太阳能电池的直流输出电能或者蓄电池的直流放电电能转变成交流电能。在带有蓄电池的光伏发电系统中，逆变器的输入为蓄电池的放电输出，可以认为输入电压具有恒压源的特性，故光伏电站中逆变器主要为电压型逆变器。在光伏电站中所使用的逆变器主要要求具有较高的效率，特别是轻载时的效率要高，这是因为光伏发电系统经常运行在轻载状态。另外，由于输入的蓄电池电压随充、放电状态改变而变动较大，这就要求逆变器能在较大的直流电压变化范围内正常工作，而且要保证输出电压的稳定。目前，独立运行的光伏电站主要用于边远地区，运行维护及维修条件都比较差，高可靠性是光伏电站中的逆变器一个特别重要的要求。2.2独立运行风力发电站2.2.1系统组成我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。可再生能源包括太阳能、风能、海洋能、地热能和生物质能等，目前在发电方面形成规模产业的就是风能。风力发电近年来发展较快的原因有如下几点：风力发电是一种绿色能源。风力发电技术成熟。发电成本低。在可再生能源中，它的发电成本最低。随着风力发电机单机容量的不断提高，技术的不断完善，风力发电成本将可与常规能源相竞争。独立运行风电系统主要采用以下3种运行方式网：负荷控制，风/柴系统交替运行；长期储能，风电—蓄电池—逆变器运行方式；使用飞轮储能和液压储能来实现的短期储能运行方式。本节所介绍的为采用长期储能运行方式的独立运行风力发电站，主要由风力发电机组、蓄电池、控制器、逆变器、耗能负载和用户负载等组成。电站原理图如图2.4所示。风力发电机风力发电机耗能负载整流器风力发电机整流器耗能负载控制器逆变器负载蓄电池……图2.4独立运行风力发电站原理图2.2.2风力发电站主要部件1.风力发电机组简介从能量转换的角度来看，风力发电机组包含了两部分：其一是风力机，它的功能是将风能转换成机械能；其二是发电机，它的功能是将机械能转换成电能。风力机的种类和式样很多，但由于风力机将风能转变成机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮，因此，风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分成两大类：一类为水平轴风力机，风轮围绕一个水平轴旋转；另外一类为垂直轴风力机，风轮的旋转围绕一个垂直轴而旋转。风力发电机的式样很多，其原理和结构总的说来大同小异。以水平轴风力发电机为例，它主要由以下几部分组成：风轮、传动机构（增速箱）、发电机、机座、塔架、调速器或限速器、调向器、停车制动器等。对于一台实际的风力机，其机械输出功率Pm可以用下式表示：QUOTE（式2.5）式中，Pw为通过风轮扫掠面积的风的功率；D是风轮直径；Cp为风能利用系数，它不是一个常数，随着风速、风力机转速以及风力机叶片参数（如攻角、桨距角）而变化；QUOTE是风轮远前方风速。风力发电系统中，发电机及其控制系统承担了机械能到电能的能量转换过程，发电机不仅直接影响了这个转换过程的性能、效率和供电质量，而且还影响风能到机械能转换过程的运行方式、效率和装置结构。因此，选择适合于风电转换用的运行可靠、效率高、控制和供电性能良好的发电机系统，是风力发电工作的一个重要组成部分。2.整流器整流器的主要功能是对风力发电机组输出的三相交流电进行整流，使其转换为能对蓄电池进行充电的直流电能。下面以三相桥式整流电路，说明整流器的工作原理。图2.5所示为三相桥式整流电路原理图。图2.5三相桥式整流电路原理图二极管D1，D3，D5组成共阴极，二极管D2，D4，D6组成共阳极，导通原则为：对于共阴极的二极管，哪一个阳极电压最高，该二极管导通，其它两个二极管受反向电压而截止；对于共阳极的二极管，哪一个阴极电压最低，该二极管导通，其它两个二极管截止。图2.6所示为三相桥式整流电路输入交流电压和整流输出电压的波形图，其工作特点为：一个周期内，每一元件导通角度为120o；每隔60o有一元件换流：两元件换流瞬间恰在两个线电压大小相等方向相反，而另一个线电压为0时；输出的整流电压在一个周期内有6次脉动。输出电压的平均值如下式所计算：QUOTE（式2.6）式中，QUOTE为线电压有效值。图2.6交流输出线电压与整流输出的波形图三相整流器除了把输入的三相交流电能整流为可对蓄电池充电的直流电能之外，另外一个重要的功能是在外界风速过小或者基本没风的时候，风力发电机的输出功率也较小，由于三相整流桥的二极管导通方向只能是由风力发电机的输出端到蓄电池，所以防止了蓄电池对风力发电机的反向供电。3.耗能负载由于所安装的小型独立运行风力发电站主要是解决当地居民生活用电问题，负载的用电时间主要为夜晚。在蓄电池充满电的时候，为了防止风力发电机组继续对蓄电池充电，通过继电器接入耗能负载，用它来消耗风力发电机所发出的电能。在正常风速的情况下，耗能负载投入后，降低了整流桥的交流输入电压，无法满足整流桥的整流二极管的导通条件，所以，也就停止了风力发电机组对蓄电池的充电过程。4.蓄电池蓄电池作为风电系统的储能装置。在独立运行风力发电站中，风力发电机对蓄电池的充电电流为：QUOTE（式2.7）式中，QUOTE为发电机整流后输出电压的平均值，E为蓄电池电动势，QUOTE为发电机的等效内阻，QUOTE为蓄电池的内阻。由上式可知，只有在QUOTE＞E时，才会有充电电流流入蓄电池。随着蓄电池端电压和内阻的变化，在同一QUOTE下的充电电流是不会相同的。5.逆变器逆变器的功能是将蓄电池所存储的直流电能转换为负载所需要的交流电能。详细介绍见光伏电站中逆变器部分。2.3独立运行风/光互补电站风能、太阳能都是取之不尽、用之不竭的清洁能源，但它们又都是不稳定、不连续的能源，单独用于无电网的地区独立运行时，需要配备相当大的储能设备，或者采用多能互补的办法，以保证基本稳定的供电。风/光联合发电即是一种多能互补的发电方式，特别是我国属于季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大，正好可以相互补充利用。风/光联合发电比起单独的风电或光电来，有以下优点：利用风能、太阳能的互补特性，可以获得比较稳定的总输出，系统有较高的供电稳定性和可靠性。在保证同样供电情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。对混合发电系统进行合理的设计和匹配后，可以基本上由风光系统供电，不需要启用柴油发电机等备用电源，并可获得较好的经济效益。风电的单位发电成本低于光伏发电，风/光互补能降低系统的总成本。独立运行风/光互补电站主要由光伏阵列、风力发电机组、耗能负载、整流器、控制器、蓄电池、逆变器、用户负载组成。风/光互补电站原理图如图2.7所示。光伏阵列光伏阵列光伏阵列风力发电机耗能负载整流器风力发电机整流器耗能负载控制器逆变器负载蓄电池……图2.7独立运行风/光互补电站原理图2.4独立运行风/光互补电站监测策略本论文所介绍的控制监测系统所控制的风/光互补电站采用的是长期储能（光伏支路、风力发电机组—蓄电池—逆变器）的运行方式。在我国，风能和太阳能具有互补的特性，风/光互补电站采用了多能互补的运行方式，可以获得比较稳定的总输出，基本上不需要启动柴油发电机等备用电源。在风/光互补电站的某些应用场所，如微波中继站、电视信号差转台等，对供电稳定性要求比较高，需要长期配备柴油发电机作为备用电源。柴油发电机除了在连续无风无光、风/光互补电站无法满足负载用电需求的情况下对用户负载供电之外，还对蓄电池补充充电。柴油发电机与逆变器对负载供电的切换通过交流配电柜的多路开关来实现。此外，一些在新能源利用方面技术比较成熟的国家，在对光伏电站的某些控制场合下，采用了最大功率点跟踪（MPPT）技术，通过在光伏支路与蓄电池之间增加DC—DC转换器，调节光伏支路的端电压为最大功率点电压来实现。最大功率点跟踪技术能够提高光伏支路对蓄电池的充电效率和增加光伏支路的输出能量，此外，还能实现对蓄电池的恒压充电。MPPT控制将是光伏系统的发展方向。无论采用何种控制方式，实时、精确的监测都是控制的重要依据。监测系统的地位无可替代。风/光互补电站主要部件中的太阳电池和逆变器的使用寿命较长，一般都能达到10-15年，而风力发电机和作为储能装置的蓄电池的使用寿命较短。因此，对风/互补电站运行状态的实时掌握，是保证电站长久经济运行的重要前提。实时准确的了解运行参数是本课题所研究的监测系统的主要任务。本论文所介绍的控制监测系统，其控制功能主要包括以下两部分内容：1.电站运行参数的采集需要采集的参数包括：风机输出电压、风机输出电流、风速、风机转矩，光伏输出电压、光伏输出电流。这些参数是反应电站运行状态的直接依据。实时准确的参数采集是对电站控制监测的必要前提。风速、光照的变化，各个参数都会随之变化，而风速与光照都是时刻变化着的，所以，各参数的采集必须具有实时性。2.显示采集数据，实时监测为了对电站进行实时监控，采集到的参数必须实时的反映出来。直观简单的显示出参数，作为实施控制的依据。

第三章硬件电路设计3.1方案选择工业控制中，广泛使用的三种控制器分别为单片机、可编程控制器（PLC），工业控制机。下面比较一下它们的优缺点：可编程控制器（PLC）PLC的优点表现在:系统通用性好，灵活性高，功能强，运算速度快，数据采集和控制功能可以通过扩展模块（如模拟/数字输入模块、数字输出模块）来实现，抗干扰能力强，输出驱动能力大，适合在高温、湿度大、气候条件差的野外场合下以及强电磁干扰下工作，尤其适用于顺序控制、开关量输入和输出场合。缺点在于系统成本过高，PLC的CPU及其扩展模块的价格都非常贵。本论文所介绍的监测系统需要直观的显示出多种参数。从成本方面考虑，不适用于本课题。单片机优点在于指令丰富，软件编程灵活，精确度及实时性好，控制系统体积小，功耗低，数据采集及控制功能的实现，很容易通过外围电路的扩展来实现。相比工业控制机和PLC，性价比最高。其缺点在于单片机自身抗干扰能力差，需要在电路设计时采取抗干扰措施。本课题的监控需要同时输出电压、电流、功率、转矩、风速等参数，以及输出波形，单片机不具备所有功能，不满足要求。工业控制机本质上就是PC机。优点在于:编程方便，能够使用如Basic，Fortran，C，C++，VB，VC等高级语言进行编程，软件编程较容易实现;数据采集、控制功能比较容易通过扩展插卡来实现；运行数据可以由工控机自带的CTR(显示器)显示。强大的处理功能，实用性很强，拥有足够大的显示界面，可以直观反映出系统运行状况。基于以上三种控制器的优缺点，以及本次课题的要求与目的，选择PC对电站实时监测最为理想。基于需要可视化界面，这里选择制作界面简单的VB来实现。本课题作如下考虑，选用了山东力创科技公司的EDA9033A三相电参数采集模块采集数据：功能齐全EDA9033A模块是一款高性价比的智能电参数变送器，他能替代过去的电流、电压、功率、功率因数、电量等一系列变送器及测量。这些变送器标准输出信号的模入模块，可大大降低系统成本,方便现场布线，提高系统的可靠性。内部集成A/D转换器16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采样，真有效值测量。数据更新模块实时数据的更新周期可设置（40mS～1000mS，每步为10mS）；更新周期默认为250ms。过载能力1.4倍量程输入可正确测量；瞬间（<10周波）电流5倍，电压3倍量程不损坏。输出数据三相相电压Ua、Ub、Uc；三相电流Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功电度等电参数。通讯简单输出为RS-485或RS-232接口的数字信号，支持的通讯规约有3种：ASCII码协议、十六进制LC-01协议、MODBUS-RTU协议，3种协议可同时识别使用，无需配置。其可与其他厂家的控制模块挂在同一RS485总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统。综上所述，选用EDA9033A三相电参数采集模块进行电参数采集。另需要一风速计测量风速变化。3.2硬件电路结构图硬件电路如图3.1所示包括两部分：数据采集部分EDA9033A采集风机输出电压、电流采集，与风速计测量风速。EDA9033A能实现数据采集，通过外置电压互感器与电流互感器测出电压、电流。再用自带的16位A/D转换，6通道，直接将输入的模拟信号（电压、电流）转换成二进制数。RS485数据传输部分RS-485串行接口总线，RS-485支持半双工通信，分时使用一对双绞信号线进行发送或接收，可以满足高速远距离传送。RS485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差即可。将EDA9033A采集的数据传输到PC。EDAEDA9033ARS485PC风速计输入模拟信号电压、电流图3.1数据采集部分结构图3.3EDA9033A三相电参数数据采集模块3.3.1EDA9033A三相电参数采集模块简介EDA9033A模块是一智能型三相电参数数据综合采集模块；三表法准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压（真有效值）、有功功率、无功功率、功率因数、有功功率等电参数。其输入为三相电压（0～500V）、三相电流（0～1000A）；输出为RS-485或RS-232接口的数字信号，支持的通讯规约有3种：ASCII码协议、十六进制LC-01协议、MODBUS-RTU协议，3种协议可同时识别使用，无需配置。EDA9033A模块可广泛应用于各种工业控制与测量系统及各种集散式/分布式电力监控系统。EDA9033A模块是一款高性价比的智能电参数变送器，他能替代过去的电流、电压、功率、功率因数、电量等一系列变送器及测量这些变送器标准输出信号的模入模块，可大大降低系统成本,方便现场布线，提高系统的可靠性。其可与其他厂家的控制模块挂在同一RS485总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统。采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离。其主要的功能与技术指标如下：输入信号三相交流50/60Hz电压、电流。输入频率：45～75Hz。电压量程（相电压）：60V、100V、250V、300V、400V、500V可选。电流量程：1A、2A、5A、20A、（50A、100A、200A、500A、1000A）等可选。信号处理：16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采样，真有效值测量；数据更新：模块实时数据的更新周期可设置（40mS～1000mS，每步为10mS）；此功能可通过“E系列产品测试软件”MODBUS-RTU协议中的配置界面进行配置；更新周期默认为250ms。过载能力：1.4倍量程输入可正确测量；瞬间（<10周波）电流5倍，电压3倍量程不损坏。通讯输出输出数据：三相相电压Ua、Ub、Uc；三相电流Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功功率等电参数。输出接口：RS-485二线制±15KVESD保护、或RS-232三线制±2KVESD保护。通讯速率（Bps）：1200、2400、4800、9600、19.2K；通讯协议：ASCII码格式协议、十六进制LC-01协议、MODBUS-RTU协议，3种协议可同时识别使用，无需配置。测量精度电流、电压：0.2级；其它电量：0.5级；参数设定模块地址、通讯速率可通过通讯接口设定；有功电量底数可通过通讯接口清0。模块供电电源+5V±5%、+8～30V、AC220（100）V可选其一功耗：小于0.5W+5V供电，消耗电流小于70mA，输入纹波应小于100mV，输入电压5V±5%。+8～30V供电，消耗电流小于70mA，最高输入电压不得超过+32V。交流供电（50HZ），输入电压为AC85～265V。隔离电压输入-输出：1000VDC。电流输入、电压输入、AC电源输入、通讯接口输出之间均相互隔离。工作环境工作温度：-20℃～70℃存储温度：-40℃～85℃相对湿度：5%～95%EDA9033A端子定义如表3.1所示：表3.1EDA9033A端子定义端子号名称定义1NC未连接，保留2NC未连接，保留3TXDRS-232接口数据输出4RXDRS-232接口数据输入5GND地，与10脚电源地通6INIT*(SLT)未连接，保留7DATA+RS-485接口信号正极8DATA-RS-485接口信号负极9VCC+510～30V电源正，或5V电源正10GND电源负，地11UGND三相电压测量信号输入地12NC未连接13UAA相电压输入14NC未连接15UBB相电压输入16NC未连接17UCC相电压输入18NC未连接19AC1交流供电电源输入N20AC2交流供电电源输入L3.3.2EDA9033A模块接线图EDA9033A模块可应用于三相三线制或三相四线制电路。在三相三线制电路中，UGND端可不连接或接地；在三相四线制电路中，UGND端接零线。EDA9033A输出电压Ua、Ub、Uc都是相电压（每相对UGND端的电压）。LED指示灯：模块正常运行状态下，指示灯按模块的数据更新速率闪烁。图3.2三相三线直接电压电流回路图3.3三相四线直接电压电流回路图3.4三相三线直接电压回路图3.5三相四线直接电压回路图3.6三相三线3CT、2PT图3.7三相三线2CT、2PT图3.8三相四线3CT、3PT电流输入的方向如图示：每相的电流与电压应如图示相对应接入，否则将导致错误的功率与累计电量。本文所研究的监测系统选用三相三线的3CT、2PT连接方式。3.3.3EDA9033A-ASCII码指令集及参数计算说明写配置：配置EDA9033A模块的通讯地址、波特率命令：%(ADDR)(NEWADDR)(00)(波特率)(01)<CR>响应：!(ADDR)<CR>（NEWADDR）：新地址01～FFH（若不改变地址则使新地址等于原地址2字节(波特率):03～07，表示1200BPS～19200BPS，2字节例：命令：$0102000601<CR>响应：！02〈CR〉该例为将1号模块地址改为2号，波特率为9600BPS，回答表示改地址成功。读数据:读出EDA9033A模块实时数据,输出顺序为Ua、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic、P、Q、COSQUOTE。命令：#（Addr）A<CR>响应：>（DataUa）（DataIa）（DataUb）（DataIb）（DataUc）（DataIc）（DataP）（DataQ）（DataCOSQUOTE）<CR>Data：9个参数，每个参数为7字节ASCII码值，格式为一位符号位＋或－，5位十进制数据位和一个小数点。其数值为标称满量程的百分数（COSQUOTE为实际测量值）。各个参数的含义及计算如下：（UA）：A相电压值。实际值＝（UA）×（U0）×（UBB）V（UB）：B相电压值。实际值＝（UB）×（U0）×（UBB）V（UC）：C相电压值。实际值＝（UC）×（U0）×（UBB）V（IA）：A相电流值。实际值＝（IA）×（I0）×（IBB）A（IB）：B相电流值。实际值＝（IB）×（I0）×（IBB）A（IC）：C相电流值。实际值＝（IC）×（I0）×（IBB）A（P）：总有功功率值。实际值＝（P）×3×（U0）×（I0）×（UBB）×（IBB）W（Q）：总无功功率值。实际值＝（Q）×3×（U0）×（I0）×（UBB）×（IBB）Var（COSQUOTE）：总功率因数值。实际值＝（COSQUOTE）PF本课题的数据传输选用MODBUS-RTU协议。MODBUS-RTU协议目前是工业领域全球最流行的协议，支持传统的具有RS232、RS422、RS458和以太网接口的设备。3.4RS485通讯连接3.4.1RS485介绍由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。针对RS232接口的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：（1）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。（2）RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。（4）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线（我们一般叫AB线），所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。3.4.2RS485通讯电路计算机一般不带485接口，只有232接口。因此计算机与485接口的设备通信，需要一个转换器，把232接口的设备的232信号转换成485信号，然后再与485接口的设备通信，如图3.9这个转换器就RS232/RS485转换电路。以上的RS232/RS485转换电路上采用从计算机串口偷电技术，市场上称之为“无源RS232/RS485转换电路”。在转换电路两端分别接上232与485接口即可实现利用485与计算机的通讯。图3.9RS232/RS485转换电路

第四章软件设计4.1编程环境介绍VB6.0全称为VisualBasic6.0，是微软公司于1998年推出的可视化编程工具MSDN之一，是目前世界上使用最广泛的程序开发工具之一。VB的中心思想就是要便于程序员使用，无论是新手或者专家。VB使用了可以简单建立应用程序的GUI系统，但是又可以开发相当复杂的程序。VB的程序是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组建的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。过去的版本里面VB程序的性能问题一直被放在了桌面上，但是随着计算机速度的飞速增加，关于性能的争论已经越来越少。窗体控件的增加和改变可以用拖放技术实现。一个排列满控件的工具箱用来显示可用控件（比如文本框或者按钮）。每个控件都有自己的属性和事件。默认的属性值会在控件创建的时候提供，但是程序员也可以进行更改。很多的属性值可以在运行时候随着用户的动作和修改进行改动，这样就形成了一个动态的程序。举个例子来说：窗体的大小改变事件中加入了可以改变控件位置的代码，在运行时候每当用户更改窗口大小，控件也会随之改变位置。在文本框中的文字改变事件中加入相应的代码，程序就能够在文字输入的时候自动翻译或者阻止某些字符的输入。VB的程序可以包含一个或多个窗体，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗口（比如没有最大化和最小化按钮的窗体）可以用来提供弹出功能。VB的组件既可以拥有用户界面，也可以没有。这样一来服务器端程序就可以处理增加的模块。VB使用引用计数的方法来进行垃圾收集，这个方法中包含有大量的对象，提供基本的面向对象支持。因为越来越多组建的出现，程序员可以选用自己需要的扩展库。和有些语言不一样，VB对大小写不敏感，但是能自动转换关键词到标准的大小写状态，以及强制使得符号表入口的实体的变量名称遵循书写规则。默认情况下字符串的比较是对大小写敏感的，但是可以关闭这个功能。VB使得大量的外界控件有了自己的生存空间。大量的第三方控件针对VB提供。VB也提供了建立、使用和重用这些控件的方法，但是由于语言问题，从一个应用程序创建另外一个并不简单。4.2主要控件介绍4.2.1MSComm控件基本介绍MSComm作为一个串行通讯控件为程序员串口通讯编程节省了很多时间。MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备（如Modem）．还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工、事件驱动的、高效实用的通信程序。在基于对话框的应用中加入一个MSComm控件非常简单。只需进行以下操作即可：打开“Project->AddToProject->ComponentsandControls->RegisteredActivexControls”（工程/部件/控件），然后选择控件：MicrosoftCommunicationControl,version6.0（MicrosoftCommControl6.0）插入到当前的工程中。这样就将CMSComm的相关文件mscomm.cpp和mscomm.h一并加入到了工程中。编程时只需将控件对话中的MSComm控件拖至你的应用对话框中就可以了。MSComm的重要属性介绍CommPort属性：设置并返回通讯端口号。语法：object.CommPort[value]（value—整型值，说明端口号。）说明：在设计时，value可以设置成从1到16的任何数（缺省值为1）。但是如果用PortOpen属性打开一个并不存在的端口时，MSComm控件会产生错误68（设备无效）。RThreshold属性：在MSComm控件设置CommEvent属性为comEReceive并产生OnComm之前，设置并返回的要接收的字符数。语法：object.Rthreshold[=value]（value整型表达式，说明在产生OnComm事件之前要接收的字符数）。说明：当接收字符后，若Rthreshold属性设置为0（缺省值）则不产生OnComm事件。例如，设置Rthreshold为1，接收缓冲区收到每一个字符都会使MSComm控件产生OnComm事件。CTSHolding属性：确定是否可通过查询ClearToSend（CTS）线的状态发送数据。ClearToSend是调制解调器发送到相联计算机的信号，指示传输可以进行。该属性在设计时无效，在运行时为只读。语法：object.CTSHolding（Boolean）说明：如果ClearToSend线为低电平（CTSHolding=False）并且超时，MSComm控件设置CommEvent属性为comEventCTSTO（ClearToSendTimeout）并产生OnComm事件。ClearToSend线用于RTS/CTS（RequestToSend/ClearToSend）硬件握手。如果需要确定ClearToSend线的状态，CTSHolding属性给出一种手工查询的方法。SThreshold属性：在MSComm控件设置CommEvent属性为comEvSend并产生OnComm事件之前，设置并返回传输缓冲区中允许的最小字符数。语法：object.SThreshold[=value]value整形表达式，代表在OnComm事件产生之前在传输缓冲区中的最小字符数。说明：若设置Sthreshold属性为0（缺省值），数据传输事件不会产生OnComm事件。若设置Sthreshold属性为1，当传输缓冲区完全空时，MSComm控件产生OnComm事件。如果在传输缓冲区中的字符数小于value，CommEvent属性设置为comEvSend，并产生OnComm事件。comEvSend事件仅当字符数与Sthreshold交叉时被激活一次。例如，如果Sthreshold等于5，仅当在输出队列中字符数从5降到4时，comEvSend才发生。如果在输出队列中从没有比Sthreshold多的字符，comEvSend事件将绝不会发生。通讯方式MSComm控件提供下列两种处理通讯的方式：查询方式和事件驱动方式。查询通讯通过检查InBuferCount属性值来判定输入缓冲区中是否接收到相应数目的字符或字节。若已接收到相应数目的字符或字节，就可以用Input属性来接收这些字符或字节；否则继续查询InBuferCount属性值，直到满足条件。事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，当输入缓冲区中收到字符或是输出缓冲区空时，需要通知程序以便处理，在这些情况下，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕获并处理这些通讯事件。需要注意的是，用查询方式进行通讯程序设计时，要对输入缓冲区中的数据及时处理，保证数据的正确接收。例如，在输出传送命令后，程序就立即查询调制解调器的回送结果码；而向数据采集器发出查询命令后，程序就立即查询接收上报的数据。如果在数据量大，功能比较复杂的通讯程序中，就应该采用事件驱动的通讯方法，保证通讯的可靠性。4.2.2坐标系统在VisualBasic中，每个对象定位与存放它的容器内，对象定位都要使用容器的坐标系，对象Left、Top属性指示了该对象在容器内的位置。例如，窗体出于屏幕内，屏幕是窗体的容器。在窗体内绘制控件，窗体就是控件的容器。如果在图形框绘制图形，该图形框就容器。对象只能在容器界定的范围内变动。当移动容器时，容器内的对象也随着一起移动，而且与容器的相对位置保持不变。每个容器都有一个坐标系。构成一个坐标系，需要三个要素：坐标原点、坐标度量单位、坐标轴的长度与方向。属性ScaleTop、ScaleLeft用于控制容器对象左边和顶端的坐标，根据这两个属性值可以形成坐标原点。所有对象的ScaleTop、ScaleLeft0属性的默认值均为0，坐标原点在对象的左上角。属性ScaleHeight和ScaleWidth确定对象内部水平方向和垂直方向的单元数。属性ScaleMode决定对象坐标的度量单位，共有8种单位形式。ScaleMode属性默认时为twip。每英寸1440个，20个twip为1磅（point）。这个度量单位规定的是对象打印时的大小，屏幕上的实际物理距离可因显示器的尺寸而异，普通14英寸VGA显示器在800×600模式下，最大窗体尺寸约为12000×8700twip。度量单位转换可使用ScaleX和ScaleY方法，其语法格式为：对象.ScaleX（转换值，原坐标单位，转换坐标单位）对象.ScaleY（转换值，原坐标单位，转换坐标单位）改变容器对象的ScaleMode属性值，不会改变容器的大小或它在屏幕上的位置。当设置ScaleMode属性值后，它只是改变容器对象的度量单位，VisualBasic会重新定义对象坐标度量属性ScaleHeight和ScaleWidth，以便使它们与新刻度保持一致。无论采用哪一种坐标单位。默认的坐标原点为对象的左上角，横向向右为X轴的正向，纵向向下为Y轴的正方向。需要注意的是窗体的Height属性值包括了标题栏和水平边框宽度，同样Width属性值包括了垂直边框宽度。实际可用高度和宽度由ScaleHeight和ScaleWidth属性确定。4.2.3时钟控件该控件在模拟仿真时使用，用于代替MSComm的实时数据接收。一个时钟（Timer）控件能有规律地以一定时间间隔激发计时器事件（Timer）而执行相应的程序代码。重要属性时钟控件有一个非常重要的属性Interval，表示两个记事起事件之间的时间间隔，其值以ms（0.001s）为单位，介于0～64767之间，所以最大的时间间隔大约为1min。在程序运行期间，时钟控件并不显示在屏幕上，通常用户一个标签来显示时间。在Interval属性值为0是表示屏蔽计时器。如果希望没0.5s产生一个计时器事件，那么Interval属性值应设为500这样，每隔500ms引发计时器事件，从而执行相应的Timer事件过程。事件时钟控件只有一个Timer事件。4.3程序结构本文介绍监测系统的程序由主程序和通讯程序两部风组成。通讯程序采用查询方式驱动通讯，及时处理输入缓冲区数据，保证数据的正确接收。向数据采集器发出查询命令后，程序就立即查询接收上报的数据。只要InBuferCount属性满足条件，就用Input属性来接收这些字符或字节。如此循环查询接收，保证监测的实时性。主程序包括：初始化程序，建立P-T、U-T、I-T坐标系，接收数据，电压、电流、功率的折算输出与转矩的计算输出，输出风电与光伏的P-T、U-T、I-T波形。主程序流程图如图4.1所示。开始开始程序初始化建立坐标系接收数据数据计算处理坐标初始化输出波形结束数据个数统计个数是否已满NY图4.1主程序流程图整个程序周期里，只有坐标初始化多次执行，其余初始化程序只在主程序启动后执行一次，包括以下三方面内容：对变量与缓存数组赋初值，坐标初始化，MSComm控件的初始化。初始化之后，主程序才用循环扫描的运行方式。每执行一次主程序，就接收并处理显示51组数据，输出显示电压、电流、功率等电参数以及转矩和风速51次，但只输出一次波形。若下达停止命令，程序将不停刷新输出数据与波形，这就达到了实时监测的目的。4.3程序设计4.3.1MSComm通讯程序程序启动之后，先对MSComm控件进行初始化，设置属性，然后读取数据，并将数据缓存在数组中，数组存满，停止，等待下一次执行。MSComm的初始化包括：设置端口号commport属性，设置波特率settings属性值，传输数据位数，有无校对，端口缓冲清零，读取数据Input，查询InBufferCount的属性值为1时，将Input中的数据赋给缓存数组。设置一个标志量，判定接收数据的个数，数据满时停止，执行下一操作。主程序执行时，MSComm的初始化只执行一次。4.3.2波形显示程序首先定义坐标系，坐标系初始化，连线成波形。每次波形显示前都要输出化坐标系。波形显示是本次设计中最为复杂的部分。定义坐标系，即设定一个坐标范围。一般使用scale法，scale法是建立用户坐标系最方便的方法。用Scale方法可以方便建立用户坐标系，语法格式为：[窗体].Scale[(xLeft,yTop)-(xRight,yBottom)]其中(xLeft,yTop)表示窗体左上角的坐标值,(xRight,yBottom)表示窗体右下角的坐标值,则窗体的下述属性值为：ScaleLeft=xLeftScaleTop=yTopScaleWidth=xRight-xLeftScaleHeight=yBottom-yTop坐标系初始化包括：画X轴、Y轴，标记坐标原点，在X轴上标记刻度，在Y轴上标记刻度。坐标系的初始化设计复杂的坐标分配、刻度计算以及刻度的标记。在程序的运行过程中坐标系的初始化将会多次进行。连线输出波形包括：缓冲数组中的数后移，连接相邻坐标，设置输出波形的颜色。缓冲数组中的数后移，数组中的数就不断被新的数替换，这是为了保证输波形的实时性。连接相邻坐标即是将对应的参数数据作为Y坐标，以时间（单位s）为X坐标的两个相邻的坐标点用直线连接起来。输出波形的颜色有三种：红绿蓝，分别对应函数RGB(240,0,0)，RGB(0,240,0)，RGB(0,0,240)。4.3.3模拟仿真监测系统的仿真是利用VB的时钟控件Timer加上随机数值函数Int(Rnd*范围+起始值)模拟MSComm控件的实时数据更新。选取3台风机、3个光伏阵列进行模拟仿真。仿真系统包括8个窗体：窗体1-欢迎界面，窗体2-选择界面，窗体3-1号风机，窗体4-2号风机，窗体5-3号风机，窗体6-1号光伏阵列，窗体7-2号光伏阵列，窗体8-3号光伏阵列。各窗口仿真结果分别如下图所示：图4.2欢迎界面图4.3选择界面图4.41号风机图4.52号风机图4.63号风机图4.71号光伏阵列图4.82号光伏阵列图4.93号光伏阵列

第五章总结能源是国民经济发展和人民生活所必需的重要物质基础，虽然石油与天然气等一次能源的开发和利用使世界的经济得到了快速发展，但是，在利用这些一次能源的同时，也给我们