使用NI CompactRIONI LabVIEW打造基于分布发电智能小型系统

“利用NI平台开发SMG系统一个可靠、一致解决方案,创建一个平台分布电源使用,同时提高乡村电力供应系统性能,加强国家电力部门能力方面具有独特优势。”

- Alekhya Datta,能源资源研究所(TERI)

挑战:

加强能源安全和能源获取,尤其是针对能源资源日益枯竭的新兴经济体,做到有效且智能地发电。这对印度全国来说也同样重要。

解决方案:

开发印度首个智能小型电网(SMG)系统,该系统由先进的电力电子设备驱动,并通过基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系统设计软件的超快速数字技术进行控制,从而确保整个电力系统具有更高的灵活性、可靠性、安全性和效率。

作者:

Alekhya Datta - 能源与资源研究所(TERI)
Mukesh Gujar - 能源与资源研究所(TERI)
Parimita Mohanty - 能源与资源研究所(TERI)

 

 

为了应对公用事业的变化和挑战,印度的许多公用事业公司正计划实施智能电网技术。SMG系统是智能电网的一环,通常被定义为在11千伏或以下运行并向社区提供电力的智能配电网络。其电力供应来自多种多样的分布式能源资源(DER),包括柴油发电机等小型传统发电机,以及一系列可再生能源发电机,如微型水电机、风力涡轮机、生物质和太阳能光伏发电。SMG既可以连接到传统的公用事业电网,也可以独立工作,只向局部负载提供电力。SMG是数字信息和通信技术(ICT)的应用成果,采用先进的传感、通信和控制技术来优化电力生产、输送,并最终应用于微电网领域。SMG可提供动态通信和平衡电力网络,从而尽可能减少损失,提高电网的稳定性。

 

 

SMG优势

SMG的优势包括以下几点:

  • 促进需求侧管理与需求侧响应
  • 减少停电,提高电网的可靠性、安全性和效率
  • 减少碳排放量,尽量减少化石燃料的消耗
  • 让客户能够更为自主地管理自身电力需求

 

 

TERISMG系统提案

在“亚太合作伙伴”(Asia Pacific Partnership)计划的支持下,TERI向新能源和可再生能源部(Ministry of New and Renewable Energy)提交了一份提案,联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)向澳大利亚联邦环境部、水资源部、遗产部和艺术部提交了一份提案,以期获得资助用以开发和演示基于分布式发电的SMG系统和控制技术,将其应用于印度市场,推动SMG在印度的部署。为了优化多种发电资源和各种需要电力的负载,TERI在其位于印度哈里亚纳邦TERI Retreat的一个研究设施中设计和开发了SMG系统。

 

 

TERI SMG模型独特功能

TERI SMG模型的独特功能包括以下内容:

  • 集成多个DER,确保尽可能充分利用可再生能源
  • 分析、控制和预测资源和负载
  • 集中控制(智能分配控制器),实现资源优化和需求管理
  • 启动负载优先级排序——总负载被分为关键、必要和非必要的负载
  • 使用LabVIEW系统设计软件进行基于FPGA的集成式高速数字通信,以采集数据并控制发送和接收
  • 通过安装的传感器来为多个电力、天气和物理参数采集和监测实时数据
  • 系统组件具有自动连接/断开连接功能,可尽可能减少停电,并能对网络干扰做出快速响应

TERI SMG系统还集成了以下DER:

  • TERI Retreat北区的屋顶上安装了10.5 kWP太阳能光伏(基于晶体硅的太阳能模块)系统
  • 生物质气化炉楼顶安装了2 kWP太阳能光伏(基于晶体硅的太阳能模块)系统
  • TERI Retreat南区的屋顶上安装了1 kWP的薄膜太阳能光伏系统
  • 3.3千瓦风力涡轮发电机(WTG)
  • 生物质气化炉大楼内安装了100千瓦生物质气化炉(木质)系统
  • 48 V,600 Ah的电池组,用于存储能源
  • 柴油发电机和公用事业电网

 

TERI Retreat是一个兼具住宅功能的多功能建筑群,配备了各类现代化设施,包括会议厅、办公区、住宅区、实验室和运动场。该建筑群的电力需求会因季节、住宅区入住率、正在举行的会议数量和其他一些因素而大幅变化。

 

 

使用CompactRIOLabVIEW开发智能分配控制器

SMG系统的核心和主控是智能控制器,它使用CompactRIO平台开发而成。NI cRIO-9022与NI 9227电流输入、NI 9225模拟输入、NI 9481继电器、NI 9211热电偶输入、NI 9205模拟输入和NI 9403双向数字I/O C系列模块配合使用,从各种来源收集电力和气象数据并进行控制。

 

使用NI C系列模块记录数据

测量

输出信号

NI C系列模块

太阳能光伏发电

组串直流电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

电池

直流电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

风力涡轮发电机

相位电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

生物质气化炉

相位电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

负载功率消耗

交流电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

电网功率

交流电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

逆变器

交流电流、电压

NI 9227(电流),NI 9225(电压)

表1.电力参数的测量

 

测量

典型换能器

典型信号

NI C系列模块

全球太阳辐射

测温仪

模拟电压

NI 9205

风速

风速仪

脉冲序列

NI 9205

风向

风速仪

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

室内外湿度

相对湿度传感器

模拟电压

NI 9205

表2.天气/物理参数的测量

 

 

使用LabVIEW平台开发SMG SCADA系统

SMG的监视控制和数据采集(SCADA)系统使用NI Developer Suite开发,包括以下LabVIEW模块: 

 

SCADA系统和智能控制器之间的通信
使用一个第三方GSM/GPRS SA 1802 C系列模块,作为CompactRIO和SCADA系统之间的通信媒介。从各个数据节点收集的数据通过使用Modbus协议的以太网和使用TCP/IP的GSM调试解调器传输。

 

SMG系统数据采集仪表板

SMG系统的仪表板采用NI Developer Suite开发,包括LabVIEW DSC、LabVIEW Real-Time和LabVIEW FPGA模块,该仪表板可提供所有实时信息,如电力和天气参数以及每日能耗。SMG系统的仪表板可用于与使用以太网(Modbus协议)的SMG SCADA系统进行通信。

 

SMG系统应用

SMG系统可用于以下领域:

  • 工业和商业建筑群,如商场、酒店和医院
  • 住宅建筑群,如公寓和镇区
  • 教育机构
  • 未铺设电网的乡村和城市周边地区
  • 电信基站

 

系统基于NI平台优势

利用NI平台开发的SMG系统是一个可靠、一致的解决方案,可创建一个平台来优化分布式电源的使用,同时提高乡村电力供应系统的性能,在加强国家电力部门能力方面具有独特的优势。它可以纳入印度政府旗舰计划,如贾瓦哈拉尔·尼赫鲁国家太阳能计划(Jawaharlal Nehru National Solar Mission)和Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana。该设施由印度联邦新能源和可再生能源部长Farooq Abdullah博士与印度联邦电力部长Shri Sushil Kumar Shinde和TERI总干事R.K.Pachauri博士共同剪彩并成功启用。

 

作者信息:

Alekhya Datta
能源与资源研究所(TERI)
Centre for Distributed Generation (CDG),Energy Environment Technology Development (EETD) Division,TERI – The Energy and Resources Institute,Darbari Seth Block, India Habitat Centre (IHC) Complex,Lodhi Road
New Delhi 110 003
India
电话:+91 11 4150 4900(分机号:2146)
alekhya.datta@teri.res.in

图1. 由TERI开发的SMG系统的完整单线图
图2. SMG系统的智能SDC
图3. SMG系统中使用的NI cRIO-9022和C系列模块
图4. SMG SCADA系统和控制器接口
图5. SMG系统的实时数据采集仪表板
图6. SMG仪表板的LabVIEW源代码(程序框图)