使用NI CompactRIO 和NI LabVIEW開(kāi)發(fā)基于分布式發(fā)電的智能微型電網(wǎng)系統

“使用NI平臺開(kāi)發(fā)的SMG系統，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時(shí)可以提高農村電力系統的性能，因此對于提升國家電力行業(yè)的技術(shù)能力至關(guān)重要。”
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。lekhya Datta，The Energy and Resources Institute

挑戰：

對于印度國家戰略層面來(lái)說(shuō)，作為高能耗的新興經(jīng)濟體，加強其能源的安全性和獲取途徑，與高效率、智能化地發(fā)電同樣重要?！?/p>

解決方案：

利用最先進(jìn)的電力電子設備作為驅動(dòng)，同時(shí)利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系統設計軟件所提供的超高速數字技術(shù)進(jìn)行控制，開(kāi)發(fā)印度第一個(gè)智能微型電網(wǎng)系統（Smart mini grid，SMG），以確保整個(gè)電力系統具有更高度的靈活性、可靠性、效率及安全性?！?/p>

為了應對公用事業(yè)的變化和挑戰，在印度，許多公用事業(yè)公司正在計劃實(shí)施智能電網(wǎng)技術(shù)。SMG系統是智能電網(wǎng)中的子系統，通常被定義為智能配電網(wǎng)絡(luò )，在11KV以下運行，并向社區提供電力。它由各種各樣的分布式能源（Distributed energy resources，　DER）所供給，其中包括小型、傳統的發(fā)電機，例如柴油發(fā)電機，以及一系列可再生發(fā)電機，例如微型水力、風(fēng)力發(fā)電機、生物發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等。SMG能夠連接到傳統公用電網(wǎng)，也能孤立存在，只為本地負載供電。SMG是一個(gè)數字信息和通信技術(shù)（Information and communication technology，　ICT）的具體應用，它采用先進(jìn)的傳感、通信和控制技術(shù)，以?xún)?yōu)化發(fā)電、輸送電，并最終應用于微型電網(wǎng)域中。SMG提供電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)通信和平衡，從而減少損失并提高電網(wǎng)的穩定性。

SMG的優(yōu)勢

SMG的優(yōu)勢如下：

促進(jìn)需求方面的管理和響應

減少電網(wǎng)斷電，并提升電網(wǎng)的可靠性、效率和安全性

減少碳的排放量，并最大限度地減少化石燃料的消耗

為客戶(hù)提供更好的自主權，管理他們的用電需求

TERI在SMG系統中的首創(chuàng )

在亞洲太平洋伙伴關(guān)系計劃的贊助下，TERI向新能源和可再生能源部門(mén)提交了一份提案，聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織向澳大利亞環(huán)境、水、遺產(chǎn)以及藝術(shù)部門(mén)聯(lián)邦提交了一份提案，意在獲得基金來(lái)開(kāi)發(fā)和驗證基于分布式發(fā)電的SMG系統，以及適用于印度地區并可促進(jìn)SMG在印度部署的控制技術(shù)。為了優(yōu)化多種發(fā)電資源以及需要服務(wù)的不同負載，TERI設計并開(kāi)發(fā)了SMG系統。該系統是在印度哈里亞納邦的TERI Retreat小區的的研究所完成的。
TERI SMG模型的特性

TERI SMG 模型包括如下特性：

集成了多個(gè)DER的輪換和預測

集中控制（智能調度控制器），實(shí)現資源優(yōu)化和需求管理

起始負載的優(yōu)先級排序－－總負載被分為關(guān)鍵的、主要的和次要的負載

使用LabVIEW系統設計軟件進(jìn)行數據采集以及控制命令的發(fā)送和接收，從而實(shí)現集成式、高速、基于FPGA的數字化通信

通過(guò)安裝的傳感器，完成實(shí)時(shí)的數據采集以及針對多種電氣、氣象以及物理參數的監測

通過(guò)系統組件的自動(dòng)連接／斷開(kāi)，最小化斷電影響，并快速響應電網(wǎng)波動(dòng)

TERI SMG系統還集成了下面的DER：

10.5 kWP太陽(yáng)能光伏（基于晶體硅的太陽(yáng)能模塊）系統，安裝在TERI Retreat小區北樓的屋頂

2 kWP太陽(yáng)能光伏（基于晶體硅的太陽(yáng)能模塊）系統，安裝在Biomass Gasifier大樓的屋頂

1 kWP基于薄膜的太陽(yáng)能光伏系統，位于TERI Retreat 南樓的屋頂上

3.3 kW風(fēng)力發(fā)電機（Wind turbine generator，WTG）

Biomass Gasifier 大樓中的100 kW生物氣化爐（木質(zhì)的）系統

48 V，600 Ah的電池組，用于能量?jì)Υ?/p>

柴油發(fā)電機和公用電網(wǎng)

TERI Retreat是一個(gè)多設施復合體住宅區，裝備有許多現代的設施，其中包括會(huì )議大廳、公共及住宅場(chǎng)所、實(shí)驗室以及運動(dòng)場(chǎng)。綜合設施電力需求的變化大小取決于季節、住宅樓的使用率、舉辦會(huì )議的數量以及一些其它因素。

使用CompactRIO和LabVIEW開(kāi)發(fā)智能調度控制器

SMG系統背后的心臟和大腦是智能控制器，它是基于CompactRIO平臺開(kāi)發(fā)的。使用NI cRIO－9022機箱與NI 9227 電流輸入模塊、NI 9225模擬輸入模塊、NI 9481繼電器模塊、NI 9211熱電偶輸入模塊、NI 9205模擬輸入模塊、以及NI 9403 雙向數字I／O系列模塊，從各種資源和控制中收集電氣信號和氣象數據。


使用NI C系列模塊進(jìn)行數據記錄
表1 電氣參數的測量

使用LabVIEW平臺開(kāi)發(fā)一個(gè)SMG SCADA系統

使用NI 開(kāi)發(fā)者套件 開(kāi)發(fā)SMG的監控和數據采集（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）系統，NI 開(kāi)發(fā)者套件 包括以下LabVIEW模塊：

LabVIEW數據記錄和監控（Data logging and Supervisory Control，DSC）模塊

LabVIEW Real－Time模塊

LabVIEW FPGA模塊

LabVIEW電源套件（Electrical Power Suite，EPS）

SCADA系統和智能控制器之間的通信

采用第三方GSM／GPRS SA 1802 C系列模塊，作為CompactRIO和SCADA系統之間的通信接口。從各種數據節點(diǎn)收集的數據通過(guò)基于Modbus協(xié)議的以太網(wǎng)以及基于TCP／IP協(xié)議的GSM調制解調器進(jìn)行傳輸。

SMG系統的實(shí)時(shí)數據采集顯示面板

NI 開(kāi)發(fā)者套件，包括LabVIEW DSC模塊、LabVIEW Real－Time模塊，　和LabVIEW FPGA模塊，用于開(kāi)發(fā)SMG系統的顯示面板，該顯示面板將提供SMG系統的所有實(shí)時(shí)信息，例如：電氣、氣象參數以及每日能源消耗。SMG系統的顯示面板使用以太網(wǎng)（Modbus協(xié)議）與SMG SCADA系統進(jìn)行通信。

SMG系統的應用

SMG系統可以應用在以下幾方面：

工業(yè)和商業(yè)綜合設施，如商場(chǎng)、酒店和醫院

住宅設施，例如公寓和鄉村住宅

教育機構

離網(wǎng)的農村和遠郊地區

電信基站

基于NI平臺開(kāi)發(fā)系統的優(yōu)勢

使用NI平臺開(kāi)發(fā)的SMG系統，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時(shí)可以提高農村電力系統的性能，因此對于提升國家電力行業(yè)的技術(shù)能力至關(guān)重要。它可以被印度政府的旗幟項目所采用，例如Jawaharlal Nehru National Solar Mission 項目和　Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana項目。該設備已經(jīng)成功地委托給Farooq Abdullah博士，他是聯(lián)邦的新能源和可再生能源的部長(cháng)，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的聯(lián)邦電力部長(cháng)以及TERI的局長(cháng)Dr.R.K.Pachauri。