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1、 专业硕士学位论文 基于 TCP/IP 标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输系统的设计与实现 Design and Implementation of Cross-Platform data Transfer Wind Power Prediction Systems based on TCP/IP Standard Protocol 李磊 2015 年 03 月 国内图书分类号： TP311.1 学校代码： 10079 国际图书分类号： 621 密级：公开 专业硕士学位论文 基于 TCP/IP 标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输系统的设计与实现 硕士研究生 ： 李磊 导 师 ： 王保义
2、 教授 企 业 导 师 ： 孙浩 高级工程师 申 请 学 位 ： 工程硕士 专 业 领 域 ： 计算机技术 培 养 方 式 ： 在职 所 在 学 院 ： 控制与计算机工程学院 答 辩 日 期 ： 2015 年 03 月 授予学位单位 ： 华北电力大学 Classified Index: TP311.1 U.D.C: 621 Thesis for the Master Degree Design and Implementation of Cross-Platform data Transfer Wind Power Prediction Systems based on TCP/IP Stan
3、dard Protocol Candidate： Li Lei Supervisor： Wang Baoyi School： School of Control and Computer Engineering Date of Defence： March 2015 Degree-Conferring-Institution： North China Electric Power University 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于 TCP/IP 标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输系统的设计与实现，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学
4、位期间独立进 行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 基于 TCP/IP 标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输系统的设计与实现系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本 论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子
5、版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打 “”）： 保密 ，在 年解密后适用本授权书 不保密 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 华北电力大学硕士学位论文 I 摘 要 基于 TCP/IP标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输系统是为了保证风电场输出功率预测数据能够更加安全、稳定、高效的跨平台传输系统。其核心作用是为电网部门合理安排发电量计划、减少系统的旋转备用容量、提高电网和风电场运行的经济性、确保电网安全可靠运行提供最精确的数据依据。通过对风电场
6、输出功率预测数据的实时采集，并进行处理、分析、存储和将数据发送到集团的 Linux服务器。电网部门通过查看集团 Linux服务器中的预测数据，结合实际情况能够对电网进行有效 调度和科学管理，提高风电场和电网的运行经济性，也确保了电网安全可靠运行。 本文分析了当前国内与国外风电场功率预测数据跨平台传输系统的发展现状，并分析了研究背景与现实意义。通过对相关知识和理论的介绍，结合系统要求和相关理论特性的对比，得出合适的系统设计与实现方案 ,并对风电功率预测算法进行了探讨研究。全文首先论述了课题背景及意义和国内外研究现状；然后 ,通过相关技术研究选择系统设计实现方案；随后通过需求分析和系统设计与实现两
7、部分阐述系统设计与实现过程和方法。 关键词： 风功率预测； Linux 服务器；跨平台传输； TCP/IP 标准协议华北电力大学硕士学位论文 II Abstract Based on TCP / IP standard protocol, cross-platform data transfer wind power prediction system is to ensure that wind power output forecasts can be more secure, stable and efficient cross-platform transmission system.
8、 Its core role is to arrange for the power generation sector plan to reduce system spinning reserve capacity, improve the power grid and wind farm operation in the economy, to ensure safe and reliable operation of power grid to provide the most accurate data. Wind power output by real-time forecast
9、data acquisition and processing, analysis, storage and send data to the group Linux servers. Power sector by looking at the Linux server group forecast data, combined with the actual situation can be effective on the grid scheduling and scientific management, improve the operation of wind farms and
10、grid economy, but also to ensure safe and reliable operation of power grid. This article analyzes the domestic and foreign wind power forecasts the development of cross-platform transmission system status, and analyze the research background and practical significance， and analyzes the research back
11、ground and practical significance. Through the introduction of knowledge and theory, combined with the theory of system requirements and characteristics of the comparison, finding an appropriate system design and implementation. Paper is divided into introduction, related technology research, requir
12、ements analysis, system design and implementation, conclusion, references, thank the seven parts. First, the background and significance of issues discussed and the research status; and then select the System through the relevant technology design and implementation programs; followed by requirement
13、s analysis and system design and implementation of the two describes the system design and implementation of the process and methods. Article also discusses the development of problems encountered in the course. Keywords: Wind power prediction; Linux servers; Cross-platform transfer; TCP / IP standa
14、rd protocol华北电力大学硕士学位论文 III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1章 绪论 . - 1 - 1.1 选题的背景及意义 . - 1 - 1.1.1 选题的背景 . - 1 - 1.1.2 选题的意义 . - 2 - 1.2 研究现状 . - 2 - 1.2.1 国内功率预测数据跨平台传输技术概况 . - 2 - 1.2.2 国外功率预测数据跨平台传输技术概况 . - 3 - 1.3 论文的组织结构 . - 3 - 第 2章 相关技术研究 . 4 2.1 系统开发环境概述 . 4 2.1.1 Microsoft Visual Studio 简介 .
15、4 2.1.2 Java 语言的 Eclipse 开发平台简介 . 4 2.1.3 Microsoft Visual Studio 版本特点 . 4 2.1.4 使用 Microsoft .NET Framework 3.5 . 5 2.2 标准 TCP/IP 协议简介 . 5 2.3 C/S 构架简介 . 6 2.4 本章小结 . 7 第 3章 需求分析 . 8 3.1 项目概述 . 8 3.2 可行性分析 . 8 3.2.1 系统目标 . 8 3.2.2 经济可行性分析 . 8 3.2.3 技术可行性分析 . 9 3.2.4 操作可行性分析 . 9 3.3 需求分析 . 9 3.3.1 系
16、统结构示意图 . 9 3.3.2 系统功能 . 10 3.3.3 UML 用例分析 . 10 3.3.4 系统开发与运行环境 . 13 3.4 本章小结 . 14 第 4章 系统的设计与实现 . 15 华北电力大学硕士学位论文 IV 4.1 概要性设计 . 15 4.1.1 功能模块 . 15 4.1.2 系统部署图 . 16 4.1.3 系统个部分架构设计图 . 17 4.2 详细设计 . 18 4.2.1 类图 . 18 4.2.2 功能流程描述 . 19 4.3 数据库设计 . 22 4.3.1 数据表关系图 . 22 4.3.2 系统表关系图 . 27 4.4 小结 . 28 第 5章
17、 基于混沌理论的风电功率预测算法 . 29 5.1 混沌识别 . 29 5.2 相空间重构 . 29 5.3 风电功率时间序列的混沌特性分析 . 29 5.4 差分进化 BP 神经网络 . 30 5.4.1 BP 神经网络 . 30 5.4.2 差分进化算法 . 31 5.5 风电功率混沌预测 . 32 5.6 实例验证 . 33 5.6.1 预测过程及结果 . 33 5.7 小结 . 36 第六章 结论 . 37 参考文献 . 38 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 . 41 致 谢 . 42 作者简介 . 43 华北电力大学硕士学位论文 - 1 - 第 1章 绪 论 1.1选题的背景及
18、意义 1.1.1选题的背景 风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。风力发电的优越性可归纳为五点 1： 风力发电是一种洁净的自然能源。风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。风电没有常规能源及核 电对环境造成的污染问题。核电的放射性废料仍是一个较难解决的问题。 风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，产品质量得到改善，可用率达 98%以上，是一种安全可靠的能源。 由于技术进步和产品批量增加，风力发电的经济性日益提高，风电成本持续下降。风力发电的成本已接近煤电，低于油电和核电。若考虑煤电的环境污染和交通安全等问题，风电的经济性优于煤电
19、。 风力发电场建设周期短。单台风力发电机组安装仅需几个星期，可多台同时安装，互不干扰。建设一个风力发电场，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间；而煤电、核电的建设需要三至 十年。 风力发电占地面积少。塔筒与监控、变电建筑仅占风电场约 1%的土地，其余 99%的广大场地可供农、林、牧使用。由此可见，风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展受到世界各国政府的高度重视。 作为一种新型无污染的可再生能源 ,现代风力发电产业以其较为成熟的技术、优越的经济性和巨大的市场吸引力已经成为电网电源中的一项重要组成部分 ,风力发电技术越来越到受到世界各国的高度重视。我国濒临太平洋，季风强盛，内陆
20、还有许多山系，改变了气压的分布，形成了分布很广的风能资源。据初步分析，我国约有 20%左右的国 土面积具有比较丰富的风能资源，主要分布在东南沿海及其岛屿、西北、华北和东北 “三北 ”地区，特别是新疆达坂城和内蒙古大草原，风能资源极为丰富，中国发展风电具有资源上的优势 2。2005年 11月 7日 “2005北京国际可再生能源大会 ”召开， 2006年 1月 1日，我国正式实施可再生能源法，这些都表明我国政府高度重视开发利用可再生资源，把可再生能源开发利用作为推动环境保护、改善能源结构的重大举措，我国风电的发展已经进入高速发展时期 3。我国风电发展的远期目标为： 2010年总装机 5000MW，
21、 2020年达到 30GW。 国家能源部在 2010年 6月正式出台有关风力发电场运行摘要 4。 在摘要中明确要求风电场运行必须达到对风机的可监测、对输出功率可预测和根据电网调度指令达到对风机的可调节，也就是风电场必须拥有 SCADA、风功率预测、能量管理等系统。而风功率预测是最重要的，对风机控制调节提供重要的依据。 华北电力大学硕士学位论文 - 2 - 1.1.2选题的意义 由于风能具有非常强的随机性和间歇性的特点，随着风电装机容量的增加，其在电网中所占比例的扩大，对电网的安全、稳定运行带来比较大的影响。为此各个风电场都结合气象数据对风电场输出功率进行预测，以最大限度的 使风电可控。但由于风
22、场条件恶劣，风场位置较为偏远，且风电场和集团公司、电网调度中心使用不同的服务平台，导致预测结果跨平台传输困难、数据易丢失、安全系数低等诸多问题。另外，面对不同的平台、以及众多风电场的预测系统，如何尽可能多的兼顾各种数据传输协议也是一大技术难点，为此我们应当采用一种统一标准的传输协议以实现对风电场功率预测结果的高效、安全、稳定的跨平台传输。本论文所研究的基于 TCP/IP标准协议的跨平台风电场功率预测数据传输技术正是克服了风力发电预测数据传输中的上述缺陷。跨平台数据传输一直是研究 TCPIP协议的一个重要方向，同时跨平台数据传输也是 OSI通信的瓶颈。为了解决不同系统之间的通信，就需要研究 TC
23、P IP协议关于跨平台数据传输方面的关键技术及原理，并在此基础上对当前各种解决方法的基本原理进行了比较分析。最后，详细分析了为实现跨平台传输目标的类型缓冲区技术，从而使我们对网络高层软件的开发和应用有一个清晰的了解，为预测数据的高级应用奠定了坚实的基础。 1.2研究现状 1.2.1 国内功率预测数据跨平台传输技术概况 我国的风力发电是于 20 世纪 50 年代后期开始进行研究和试点工作的，当时在吉林、辽宁、新疆等省 、区建设了容量在 10kw 以下的小型风力发电场 5。风电场建设初期，各个风电厂商和运营商为了能够准确及时的了解各个风电场的生产运行状况，在风电场研发部署了风电场实时监控系统（ S
24、CADA），通过 SCADA 系统中控室的监控人员能够实时的了解各个风电场的风机运行状况。随着国家对清洁能源的大力支持，风力发电不断发展，在发展中也突出了诸多问题，例如：由于风的随机性非常大导致风电场的输出功率具有很大的波动性，从而对电网有很大的冲击等。为了解决这些问题很多学者专家开始研究寻找解决方案，最终风电场输出功率预测系统由此诞生。 但由于风电场一般被建设在偏远的地区、 环境恶劣、运行平台不同，预测数据传输比较困难。 目前，我国一般采用两种技术进行数据传输 6-9： 基于 WebServices 技术的跨平台数据传输。特点：能够实现功率预测数据的跨平台传输，对各种开发环境和语言都有很好的支持且学习使用起来简单，但是数据的传输效率不高，很难做到数据的实时传输。 基于GPRS 无线传输和 XML 技术相结合的跨平台数据传输。特点：开发过程简单，能够实现跨平台的数据的高效传输，能够体现实时性，但是由于风场一般比较偏僻信号不稳定容易造成数据丢失，导致预 测结果不准确或者丢失现象。