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使用NI CompactRIO 和NI LabVIEW开发基于分布式发电的智能微型电网系统

发布日期：2025/4/22来源：网络

图1. 由TERI开发的SMG系统的完整单线图   "使用NI平台开发的SMG系统，具有高可靠性和高兼容性，该方案实现了一个优化使用分布式能源的平台，同时可以提高农村电力系统的性能，因此对于提升国家电力行业的技术能力至关重要。"                                                                          - Alekhya Datta, The Energy and Resources Institute (TERI)   挑战:
对于印度国家战略层面来说，作为高能耗的新兴经济体，加强其能源的安全性和获取途径，与高效率、智能化地发电同样重要。   解决方案:
利用最先进的电力电子设备作为驱动，同时利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系统设计软件所提供的超高速数字技术进行控制，开发印度第一个智能微型电网系统（Smart mini grid, SMG），以确保整个电力系统具有更高度的灵活性、可靠性、效率及安全性。 为了应对公用事业的变化和挑战，在印度，许多公用事业公司正在计划实施智能电网技术。SMG系统是智能电网中的子系统，通常被定义为智能配电网络，在11KV以下运行，并向社区提供电力。它由各种各样的分布式能源（Distributed energy resources, DER）所供给，其中包括小型、传统的发电机，例如柴油发电机，以及一系列可再生发电机，例如微型水力、风力发电机、生物发电和太阳能光伏发电等。SMG能够连接到传统公用电网，也能孤立存在，只为本地负载供电。SMG是一个数字信息和通信技术（Information and communication technology, ICT）的具体应用，它采用先进的传感、通信和控制技术，以优化发电、输送电，并最终应用于微型电网域中。SMG提供电网的动态通信和平衡，从而减少损失并提高电网的稳定性。   SMG的优势 SMG的优势如下： ·                                 促进需求方面的管理和响应 ·                                 减少电网断电，并提升电网的可靠性、效率和安全性 ·                                 减少碳的排放量，并最大限度地减少化石燃料的消耗 ·                                 为客户提供更好的自主权，管理他们的用电需求   TERI在SMG系统中的首创 在亚洲太平洋伙伴关系计划的赞助下，TERI向新能源和可再生能源部门提交了一份提案，联邦科学与工业研究组织向澳大利亚环境、水、遗产以及艺术部门联邦提交了一份提案，意在获得基金来开发和验证基于分布式发电的SMG系统，以及适用于印度地区并可促进SMG在印度部署的控制技术。为了优化多种发电资源以及需要服务的不同负载，TERI设计并开发了SMG系统。该系统是在印度哈里亚纳邦的TERI Retreat小区的的研究所完成的。   TERI SMG模型的特性 TERI SMG 模型包括如下特性： ·                                 集成了多个DER的轮换和预测 ·                                 集中控制（智能调度控制器），实现资源优化和需求管理 ·                                 起始负载的优先级排序——总负载被分为关键的、主要的和次要的负载 ·                                 使用LabVIEW系统设计软件进行数据采集以及控制命令的发送和接收，从而实现集成式、高速、基于FPGA的数字化通信 ·                                 通过安装的传感器，完成实时的数据采集以及针对多种电气、气象以及物理参数的监测 ·                                 通过系统组件的自动连接/断开，最小化断电影响，并快速响应电网波动   TERI SMG系统还集成了下面的DER： ·                                 10.5 kWP太阳能光伏（基于晶体硅的太阳能模块）系统，安装在TERI Retreat小区北楼的屋顶 ·                                 2 kWP太阳能光伏（基于晶体硅的太阳能模块）系统，安装在Biomass Gasifier大楼的屋顶 ·                                 1 kWP基于薄膜的太阳能光伏系统，位于TERI Retreat 南楼的屋顶上 ·                                 3.3 kW风力发电机（Wind turbine generator, WTG） ·                                 Biomass Gasifier 大楼中的100 kW生物气化炉（木质的）系统 ·                                 48 V, 600 Ah的电池组，用于能量储存 ·                                 柴油发电机和公用电网   TERI Retreat是一个多设施复合体住宅区，装备有许多现代的设施，其中包括会议大厅、公共及住宅场所、实验室以及运动场。综合设施电力需求的变化大小取决于季节、住宅楼的使用率、举办会议的数量以及一些其它因素。   使用CompactRIO和LabVIEW开发智能调度控制器 SMG系统背后的心脏和大脑是智能控制器，它是基于CompactRIO平台开发的。使用NI cRIO-9022机箱与NI 9227 电流输入模块、NI 9225模拟输入模块、NI 9481继电器模块、NI 9211热电偶输入模块、NI 9205模拟输入模块、以及NI 9403 双向数字I/O系列模块，从各种资源和控制中收集电气信号和气象数据。   使用NI C系列模块进行数据记录 表1 电气参数的测量

测量参数 输出信号 NI C 系列模块 太阳能光伏 一串DC 电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 电池 DC电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 风力发电机 相电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 生物气化炉 相电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 负载功耗 AC 电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 电网电力 AC电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压) 变频器 AC电流, 电压 NI 9227 (电流), NI 9225 (电压)

表2 气象/物理参数的测量

测量参数 典型的传感器 典型的信号 NI C 系列模块 总日照辐射 日射强度计 模拟电压 NI 9205 风速 风速计 脉冲序列 NI 9205 风向 风速计 模拟电阻 NI 9205 环境温度 热电偶 模拟电压 NI 9211 模块温度 热电偶 模拟电压 NI 9211 电池温度 热电偶 模拟电压 NI 9211 室内和室外湿度 相对湿度传感器 模拟电压 NI 9205

使用LabVIEW平台开发一个SMG SCADA系统 使用NI 开发者套件 开发SMG的监控和数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系统，NI 开发者套件 包括以下LabVIEW模块： ·                                 LabVIEW数据记录和监控（Data logging and Supervisory Control, DSC）模块 ·                                 LabVIEW Real-Time模块 ·                                 LabVIEW FPGA模块 ·                                 LabVIEW电源套件（Electrical Power Suite, EPS）   SCADA系统和智能控制器之间的通信 采用第三方GSM/GPRS SA 1802 C系列模块，作为CompactRIO和SCADA系统之间的通信接口。从各种数据节点收集的数据通过基于Modbus协议的以太网以及基于TCP/IP协议的GSM调制解调器进行传输。   SMG系统的实时数据采集显示面板 NI 开发者套件，包括LabVIEW DSC模块、LabVIEW Real-Time模块, 和LabVIEW FPGA模块，用于开发SMG系统的显示面板，该显示面板将提供SMG系统的所有实时信息，例如：电气、气象参数以及每日能源消耗。SMG系统的显示面板使用以太网（Modbus协议）与SMG SCADA系统进行通信。   SMG系统的应用 SMG系统可以应用在以下几方面： ·                                 工业和商业综合设施，如商场、酒店和医院 ·                                 住宅设施，例如公寓和乡村住宅 ·                                 教育机构 ·                                 离网的农村和远郊地区 ·                                 电信基站   基于NI平台开发系统的优势 使用NI平台开发的SMG系统，具有高可靠性和高兼容性，该方案实现了一个优化使用分布式能源的平台，同时可以提高农村电力系统的性能，因此对于提升国家电力行业的技术能力至关重要。它可以被印度政府的旗帜项目所采用，例如Jawaharlal Nehru National Solar Mission 项目和 Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana项目。该设备已经成功地委托给Farooq Abdullah博士，他是联邦的新能源和可再生能源的部长，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的联邦电力部长以及TERI的局长Dr. R.K. Pachauri。

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