DCS在新能源與分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張韜

摘 ?要：近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)新能源領(lǐng)域的發(fā)展投入的精力和物力非常巨大，分布式發(fā)電技術(shù)也隨之得到了發(fā)展。分布式發(fā)電的孤網(wǎng)與并網(wǎng)的運(yùn)行方式促進(jìn)了我國(guó)電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用的DCS技術(shù)進(jìn)一步的穩(wěn)定了電力系統(tǒng)的運(yùn)行，更好地促進(jìn)了分布式發(fā)電的控制發(fā)展。通過(guò)DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度智能化、信息化，并且經(jīng)過(guò)各種數(shù)據(jù)模型，將能讓DCS在新能源與分布式發(fā)電中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DCS;新能源;分布式發(fā)電;智能控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0176-02

Abstract： In recent years， China has invested a lot of energy and material resources in the development of new energy field， and distributed generation technology has also been developed. The isolated and grid-connected operation mode of distributed generation promotes the development of China's power grid industry. The widely used DCS technology further stabilizes the operation of the power system and better promotes the control development of distributed generation. Through DCS technology， it is supposed to achieve intelligent power dispatching and informatization， and through a variety of data models， DCS will be widely used in new energy and distributed generation.

Keywords： DCS; new energy; distributed generation; intelligent control

1 新能源與分布式發(fā)電的發(fā)展

隨著我國(guó)對(duì)新能源行業(yè)提供大額度的補(bǔ)貼，我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了較大的推進(jìn)。光伏發(fā)電效率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)非常顯著。另外，我國(guó)的風(fēng)力資源豐富，風(fēng)能利用效率高，應(yīng)當(dāng)被合理地利用起來(lái)，還有中國(guó)的核電技術(shù)起步比較晚，通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段投產(chǎn)的幾個(gè)核電站的運(yùn)營(yíng)與發(fā)展，我國(guó)目前的核電設(shè)備其主要設(shè)備已國(guó)產(chǎn)化完畢。

2 微電網(wǎng)與分布式發(fā)電的關(guān)鍵

目前，我國(guó)電網(wǎng)中存在著很多的分布式發(fā)電電站，同時(shí)在微電網(wǎng)中也存在著許多儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于目前儲(chǔ)能技術(shù)的限制，許多電源的并網(wǎng)都存在著不同的問(wèn)題，微電網(wǎng)并網(wǎng)后的波動(dòng)，脫離電網(wǎng)產(chǎn)生的孤島運(yùn)行問(wèn)題都是我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度和控制技術(shù)當(dāng)前需要迫切解決的難題。

在微電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，分布式發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)兼容大電網(wǎng)方面的技術(shù)的最關(guān)鍵的部分。分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)過(guò)程中存在的運(yùn)行難題，微電網(wǎng)可以通過(guò)局部的運(yùn)行方式來(lái)完美解決。同時(shí)，微電網(wǎng)不僅是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，而且在優(yōu)化能源效率等方面能夠達(dá)到智能配電網(wǎng)的效果。微電網(wǎng)不能夠?qū)㈦娔茌斔徒o用戶(hù)，在供氣、供熱、供冷方面能夠得到充分的發(fā)揮，而且終端能源的利用效率將得到大幅度的提升。隨著我國(guó)電力技術(shù)的需求和國(guó)家電網(wǎng)市場(chǎng)的不斷完善，微電網(wǎng)提供的輔助服務(wù)和參與配電網(wǎng)調(diào)度將會(huì)得到更加涉及到更大的范圍。

3 新能源與分布式發(fā)電的問(wèn)題

新能源接入大電網(wǎng)對(duì)外供電，由于新能源的分布及新能源受外界影響很大，風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式發(fā)電場(chǎng)，隨時(shí)都在跟隨環(huán)境的變化，同時(shí)隨時(shí)都可能出現(xiàn)負(fù)荷的波動(dòng)，并脫離電網(wǎng)運(yùn)行，成為孤網(wǎng)運(yùn)行，因此，上述電源不僅對(duì)獨(dú)立向負(fù)荷供電的要求不能予以滿(mǎn)足，而且還不能進(jìn)行調(diào)度。只有借助儲(chǔ)能裝置或其他電源的聯(lián)合方式，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些電能的備用和支持。

另外，對(duì)于配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)潮流分布產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變。在接入分布式電源之后，雖然系統(tǒng)獲得雙向潮流的功能，但是導(dǎo)致能量?jī)?yōu)化、保護(hù)協(xié)調(diào)和電壓調(diào)節(jié)三個(gè)方面又出現(xiàn)一些問(wèn)題。現(xiàn)如今，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，部分分布式電源會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)退出運(yùn)行的操作，打破和增加了系統(tǒng)暫態(tài)功能的平衡性。對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生了一定的影響。而且，很多系統(tǒng)運(yùn)行人員在通過(guò)傳統(tǒng)集中式電源調(diào)度方式進(jìn)行管理過(guò)程中，不可調(diào)度、形式各異和數(shù)量繁多的分布式電源加劇了操作的難度，管理的失效必然會(huì)加劇分布式電源的故障運(yùn)行，最終必然會(huì)威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4 DCS技術(shù)在分布式發(fā)電及微電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1 DCS系統(tǒng)功能

DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集主要是針對(duì)監(jiān)視點(diǎn)、電站各控制點(diǎn)和各種輔助設(shè)備與主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行的自動(dòng)事故語(yǔ)音報(bào)警、事故故障原因提示、事件順序記錄、越限報(bào)警、安全檢測(cè)。DCS系統(tǒng)能夠?qū)ζ渌?jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信予以實(shí)現(xiàn)、MIS、地調(diào)、梯級(jí)的信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)斷路器等重要設(shè)備的切和投操作予以實(shí)現(xiàn)，對(duì)其他自動(dòng)控制功能予以實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)發(fā)電機(jī)的自動(dòng)順序啟停控制予以實(shí)現(xiàn)。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置

通常來(lái)說(shuō)，電站監(jiān)控系統(tǒng)通?？梢苑譃楝F(xiàn)地監(jiān)控層和中控層兩部分。電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包含了語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備、UPS不間斷電源、以太網(wǎng)交換機(jī)、定位衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置、網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)和多臺(tái)操作員工作站等。

4.3 現(xiàn)地控制層配置

在機(jī)組實(shí)現(xiàn)順序控制中，LCU屏是核心的單元。通過(guò)LCU屏來(lái)直接監(jiān)控和控制現(xiàn)地級(jí)機(jī)組LCU中的PLC的運(yùn)行。在整個(gè)系統(tǒng)中，它作為一個(gè)智能終端，但也可以作為獨(dú)立的裝置單獨(dú)運(yùn)行。

5 DCS在新能源及分布式發(fā)電系統(tǒng)中的功能

5.1 數(shù)據(jù)采集與處理

分布式站在運(yùn)行過(guò)程中，DCS系統(tǒng)不僅能夠?qū)Σ杉F(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且還能夠?qū)Ρ匾臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，最終在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行一定格式的存儲(chǔ)。根據(jù)信號(hào)性質(zhì)，DCS系統(tǒng)將記錄的數(shù)據(jù)分為脈沖數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量等進(jìn)行分類(lèi)。包括計(jì)算和統(tǒng)計(jì)信號(hào)量值及狀態(tài)設(shè)定工作;實(shí)時(shí)電量分類(lèi)和功率計(jì)算工作的完成。

5.2 電站運(yùn)行安全監(jiān)視

（1）電站在正常運(yùn)行過(guò)程中，LCD系統(tǒng)主要是完成實(shí)時(shí)

監(jiān)控的任務(wù)。（2）參數(shù)越復(fù)限報(bào)警記錄。（3）系統(tǒng)時(shí)鐘詳細(xì)的對(duì)事故的數(shù)據(jù)和整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了記錄。（4）通過(guò)顯示的方式來(lái)記錄故障的實(shí)際情況，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)故障信號(hào)進(jìn)行定時(shí)掃查。（5）溫度趨勢(shì)分析判斷，發(fā)電設(shè)備溫度隨時(shí)間的容許變化率。（6）定期分析和監(jiān)控輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。（7）開(kāi)、停機(jī)過(guò)程監(jiān)視。（8）通過(guò)顯示的方式來(lái)記錄系統(tǒng)出現(xiàn)的各個(gè)故障。

5.3 控制與調(diào)節(jié)

在電站實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，DCS系統(tǒng)能夠結(jié)合給出的控制命令和運(yùn)行現(xiàn)狀，自動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制預(yù)定的操作、自動(dòng)電壓控制計(jì)算和發(fā)電控制的操作。斷路器操作、無(wú)功功率調(diào)節(jié)、有功功率的調(diào)節(jié)、停機(jī)操作、開(kāi)機(jī)操作等都可以通過(guò)DCS系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。

5.4 記錄及生產(chǎn)管理

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，DCS系統(tǒng)能夠詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，自動(dòng)將部分信息提醒給操作的工作人員。（見(jiàn)圖1）

5.5 數(shù)據(jù)通信

DCS系統(tǒng)能完成以下的通信任務(wù)：（1）與調(diào)度中心的通

信。（2）系統(tǒng)內(nèi)部主機(jī)與各設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。（3）與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。（4）與外界通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。

5.6 畫(huà)面顯示

DCS的畫(huà)面顯示功能主要是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)用畫(huà)面。通常通過(guò)表格、曲線(xiàn)、單線(xiàn)圖等方式來(lái)對(duì)畫(huà)面進(jìn)行構(gòu)建，具有操作簡(jiǎn)單、刷新速度塊、合理構(gòu)圖、穩(wěn)定清晰等畫(huà)面顯示特點(diǎn)。

5.7 語(yǔ)音報(bào)警功能

DCS的語(yǔ)音報(bào)警功能主要是提示電站故障或事故以及重要的操作，操作人員能夠根據(jù)清晰和準(zhǔn)確的預(yù)警做出響應(yīng)的操作。

5.8 人機(jī)聯(lián)系

人機(jī)接口主要是監(jiān)控全廠生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)行人員的安全，維修人員必須定期開(kāi)發(fā)、維修和管理監(jiān)控系統(tǒng)。

5.9 自檢和自啟動(dòng)

自檢和自啟動(dòng)的功能主要是自動(dòng)檢測(cè)過(guò)道故障、自動(dòng)處理超時(shí)的軟件任務(wù)和機(jī)組自檢。主機(jī)發(fā)生故障之后，DCS會(huì)自動(dòng)切換備用主機(jī)進(jìn)行控制。在主機(jī)出現(xiàn)軟件超時(shí)故障時(shí)，DCS能夠自動(dòng)啟動(dòng)部分故障功能軟件的功能。

5.10 軟件開(kāi)發(fā)功能

開(kāi)發(fā)維護(hù)人員在工程師工作站的操作主要是通過(guò)相關(guān)的口令來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)無(wú)論是離線(xiàn)情況還是在線(xiàn)情況都能夠便捷的進(jìn)行修改、調(diào)試、編輯等指令，在不影響主機(jī)的在線(xiàn)運(yùn)行的前提下完成操作的更改。

5.11 自動(dòng)處理電廠事故

自動(dòng)處理電廠事故的功能是必須在事故發(fā)生后，第一時(shí)間對(duì)判斷事故進(jìn)行正確判斷，快速采取相應(yīng)的措施，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速處理事故的目的，保障工程安全的運(yùn)行。

5.12 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控主要是遠(yuǎn)程操作和監(jiān)盤(pán)，具備遠(yuǎn)程自動(dòng)發(fā)電控制功能、停機(jī)和開(kāi)機(jī)的功能;開(kāi)關(guān)站設(shè)備監(jiān)控。

6 分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)

將分布式電源配入到原有的配電網(wǎng)絡(luò)中，必然會(huì)改變?cè)械墓收?。配入的分布式電源的種類(lèi)和數(shù)量決定了故障水平的高低。所以說(shuō)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面涉及的繼電保護(hù)問(wèn)題是未來(lái)需要進(jìn)一步解決的難題，保護(hù)裝置的省級(jí)和斷路器容量的提升這兩個(gè)方面都是迫切需要改進(jìn)的問(wèn)題。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)智能技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)等分布式控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電和新能源得到了較大的發(fā)展空間，分布式控制系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更好地控制微電網(wǎng)的目的，大大減少了新能源并網(wǎng)、脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使大電網(wǎng)更加穩(wěn)定，同時(shí)DCS技術(shù)在新能源及分布式發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用，減少了能源傳輸?shù)膿p耗，提升了電能質(zhì)量，伴隨著AI技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，使未來(lái)DCS系統(tǒng)中更加智能化，實(shí)現(xiàn)更加便捷處理故障的目的，分布式發(fā)電和新能源在未來(lái)必然獲得更好的發(fā)展趨勢(shì)。

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