基于組態(tài)的微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是采用設(shè)計思路以及多項新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)，使用組態(tài)軟件設(shè)計監(jiān)控界面，主要針對太陽能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，涵蓋了數(shù)據(jù)采集與控制、智能分析診斷、統(tǒng)計報表、曲線棒圖分析等應(yīng)用功能。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);監(jiān)控;數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TM76 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0引言

微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。在電網(wǎng)難以覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)或分布式電源滲透率較高的局部地區(qū)，采用微電網(wǎng)的方式，經(jīng)研究能有效提高配電網(wǎng)對分布式能源的接納能力，從而解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)或海島的供電問題。近年來，太陽能和風(fēng)能發(fā)電成本大幅下降，目前全球有一定數(shù)量的微電網(wǎng)正在運(yùn)行，著眼于當(dāng)下環(huán)境保護(hù)和能源枯竭的雙重壓力，微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將會有著良好的前景。

本文設(shè)計了一種微電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，采用自動化通訊及數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的力控上位機(jī)監(jiān)控軟件，設(shè)計出包含光伏、風(fēng)電、儲能、負(fù)荷等微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的所有現(xiàn)場設(shè)備終端及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)電壓、電流、有功等數(shù)據(jù)分析處理、能量調(diào)度與管理、智能保護(hù)、本地監(jiān)控等功能，實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化管理。

1控制系統(tǒng)總體框圖

在如圖1所示的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)框圖中，在微電網(wǎng)執(zhí)行層，先將分布發(fā)電單元光伏太陽能和風(fēng)力發(fā)電模塊發(fā)出的電能輸送匯聚至直流母線;然后在微電網(wǎng)協(xié)調(diào)層通過逆變器升壓逆變后，與大電網(wǎng)并網(wǎng)輸送電能[1];最后到達(dá)微電網(wǎng)管理層，系統(tǒng)中的各微源都受管理層的調(diào)度，根據(jù)優(yōu)先級設(shè)置三級負(fù)載，運(yùn)行過程中通過數(shù)據(jù)分析切除非重要負(fù)載，確保重要負(fù)載的供電運(yùn)行[2]。當(dāng)大電網(wǎng)突發(fā)故障，依靠蓄電池、風(fēng)機(jī)和光伏板等分布式發(fā)電模塊，支持微電網(wǎng)系統(tǒng)脫離主電網(wǎng)孤島運(yùn)行，實現(xiàn)在并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式間平滑切換。

2系統(tǒng)控制功能的設(shè)計

根據(jù)整體設(shè)計要求，本設(shè)計分為現(xiàn)場控制與監(jiān)測控制兩大模塊，其中現(xiàn)場控制包含電壓、電流測量、數(shù)據(jù)分析處理中央控制以及現(xiàn)場狀態(tài)指示三個部分，監(jiān)測控制包含實時數(shù)據(jù)顯示、報表生成、數(shù)據(jù)分析、報警等部分。系統(tǒng)通過不同檢測電路輸入的電源電壓和電流數(shù)值，傳送到核心控制單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，按預(yù)設(shè)命令對現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出動作指令，并通過現(xiàn)場的指示燈進(jìn)行狀態(tài)指示與提醒。

2.1電流電壓采樣處理芯片

電流和電壓的測量，在本設(shè)計中選用了具有高速電能計算功能和高度集成的電能有效值轉(zhuǎn)換芯片——CS5460A。其內(nèi)部包含兩個用于測量電量數(shù)據(jù)的累加式AD轉(zhuǎn)換器，一個用于和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行接口，是目前大量使用的主流芯片。

2.2風(fēng)光并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計

在如圖2所示的風(fēng)光并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，風(fēng)光電能通過DC/DC模塊和DC/AC變換器進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行的同時，在另一條支路中給備用蓄電池充電，蓄電池電量滿值后，系統(tǒng)切斷風(fēng)光發(fā)電機(jī)與電池的連接。當(dāng)主電網(wǎng)突發(fā)故障需進(jìn)行孤島運(yùn)行時，優(yōu)先選擇接通發(fā)電機(jī)逆變供電，若風(fēng)光電能無法保證，則由蓄電池逆變供電。

對于一個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，重要的組成部分是由如圖3所示單片機(jī)主控制器、采樣與檢測電路、驅(qū)動電路等構(gòu)成的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，由主控制器發(fā)出指令通過DC/DC環(huán)節(jié)，跟蹤風(fēng)光電能的最大功率點;同時通過DC/AC，在使直流母線電壓穩(wěn)定，最終將電能轉(zhuǎn)化為220V/50Hz與電網(wǎng)的相電壓同頻同相正弦交流電。

3系統(tǒng)監(jiān)控功能的設(shè)計

本系統(tǒng)采用工業(yè)組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)終端的監(jiān)控功能的設(shè)計，將顯示現(xiàn)場發(fā)送過來的電壓、電流、有功無功等實時數(shù)據(jù)，根據(jù)需求繪制成曲線或表格，并能同步顯示現(xiàn)場運(yùn)行信息。當(dāng)出現(xiàn)報警信息時，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析會對現(xiàn)場發(fā)出更改狀態(tài)的動作命令，對整個現(xiàn)場的運(yùn)行情況進(jìn)行全面實時監(jiān)視與遠(yuǎn)程操控。

監(jiān)控系統(tǒng)能對現(xiàn)場風(fēng)速、溫度、光照度等環(huán)境因素進(jìn)行實時監(jiān)測與數(shù)值顯示。同時也能實時監(jiān)測現(xiàn)場電壓、電流以及蓄電池電壓與溫度等信息，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定可繪制出如圖4所示日發(fā)電量與日輸入電能實時曲線、直流側(cè)輸入數(shù)據(jù)與電流實時曲線、交流側(cè)輸入數(shù)據(jù)與電流實時曲線，以及其他一些電能參數(shù)。這些詳細(xì)的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、曲線能夠給現(xiàn)場逆變器的正常運(yùn)行提供實時、有效的參考與分析。同時監(jiān)控系統(tǒng)還具有月、年發(fā)電量顯示與比較的棒圖，并能通過公式計算出每月二氧化碳、二氧化硫減排數(shù)值，如圖5所示，這些數(shù)據(jù)對節(jié)能減排和實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有參考價值。

5小結(jié)與展望

在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今日，太陽能、風(fēng)能作為無污染、可再生的清潔能源，是二十一世紀(jì)能源發(fā)展的方向，又因其使用的靈活性與經(jīng)濟(jì)性，在各行各業(yè)中愈受青睞。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，以及分布式發(fā)電技術(shù)水平的提高，智能微電網(wǎng)技術(shù)開始進(jìn)入人們的視線，它代表了未來分布式電力能源供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，是未來智能配用電系統(tǒng)的重要組成部分，值得我們進(jìn)一步探究。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃業(yè)川，龍有煉，李培鋒，等.智能微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)[J].電氣技術(shù)，2015（10）：76-79.

[2] 黃小紅，程鵬志，白兆海，等.分布式光儲微電網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用研究[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2016（9）：54-58.

[3] 王志強(qiáng).并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2016.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：顧群（1977—），女，江蘇姜堰人，本科，副教授，研究方向：電子與通訊。