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圖1. 由TERI開發(fā)的SMG系統(tǒng)的完整單線圖
"使用NI平臺(tái)開發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺(tái)，同時(shí)可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對(duì)于提升國(guó)家電力行業(yè)的技術(shù)能力至關(guān)重要。"
挑戰(zhàn):
對(duì)于印度國(guó)家戰(zhàn)略層面來(lái)說(shuō)，作為高能耗的新興經(jīng)濟(jì)體，加強(qiáng)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。
解決方案:
利用最先進(jìn)的電力電子設(shè)備作為驅(qū)動(dòng)，同時(shí)利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件所提供的超高速數(shù)字技術(shù)進(jìn)行控制，開發(fā)印度第一個(gè)智能微型電網(wǎng)系統(tǒng)（Smart mini grid, SMG），以確保整個(gè)電力系統(tǒng)具有更高度的靈活性、可靠性、效率及安全性。
為了應(yīng)對(duì)公用事業(yè)的變化和挑戰(zhàn)，在印度，許多公用事業(yè)公司正在計(jì)劃實(shí)施智能電網(wǎng)技術(shù)。SMG系統(tǒng)是智能電網(wǎng)中的子系統(tǒng)，通常被定義為智能配電網(wǎng)絡(luò)，在11KV以下運(yùn)行，并向社區(qū)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(tǒng)的發(fā)電機(jī)，例如柴油發(fā)電機(jī)，以及一系列可再生發(fā)電機(jī)，例如微型水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、生物發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電等。SMG能夠連接到傳統(tǒng)公用電網(wǎng)，也能孤立存在，只為本地負(fù)載供電。SMG是一個(gè)數(shù)字信息和通信技術(shù)（Information and communication technology, ICT）的具體應(yīng)用，它采用先進(jìn)的傳感、通信和控制技術(shù)，以優(yōu)化發(fā)電、輸送電，并最終應(yīng)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(wěn)定性。
SMG的優(yōu)勢(shì)
SMG的優(yōu)勢(shì)如下：
· 促進(jìn)需求方面的管理和響應(yīng)
· 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
· 為客戶提供更好的自主權(quán)，管理他們的用電需求
TERI在SMG系統(tǒng)中的首創(chuàng)
在亞洲太平洋伙伴關(guān)系計(jì)劃的贊助下，TERI向新能源和可再生能源部門提交了一份提案，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)部門聯(lián)邦提交了一份提案，意在獲得基金來(lái)開發(fā)和驗(yàn)證基于分布式發(fā)電的SMG系統(tǒng)，以及適用于印度地區(qū)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(fù)載，TERI設(shè)計(jì)并開發(fā)了SMG系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在印度哈里亞納邦的TERI Retreat小區(qū)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(yù)測(cè)
· 集中控制（智能調(diào)度控制器），實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化和需求管理
· 起始負(fù)載的優(yōu)先級(jí)排序——總負(fù)載被分為關(guān)鍵的、主要的和次要的負(fù)載
· 使用LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及控制命令的發(fā)送和接收，從而實(shí)現(xiàn)集成式、高速、基于FPGA的數(shù)字化通信
· 通過(guò)安裝的傳感器，完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集以及針對(duì)多種電氣、氣象以及物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)
· 通過(guò)系統(tǒng)組件的自動(dòng)連接/斷開，最小化斷電影響，并快速響應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)
TERI SMG系統(tǒng)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(tǒng)，安裝在TERI Retreat小區(qū)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(tǒng)，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(tǒng)，位于TERI Retreat 南樓的屋頂上
· 3.3 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Wind turbine generator, WTG）
· Biomass Gasifier 大樓中的100 kW生物氣化爐（木質(zhì)的）系統(tǒng)
· 48 V, 600 Ah的電池組，用于能量?jī)?chǔ)存
· 柴油發(fā)電機(jī)和公用電網(wǎng)
TERI Retreat是一個(gè)多設(shè)施復(fù)合體住宅區(qū)，裝備有許多現(xiàn)代的設(shè)施，其中包括會(huì)議大廳、公共及住宅場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)室以及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。綜合設(shè)施電力需求的變化大小取決于季節(jié)、住宅樓的使用率、舉辦會(huì)議的數(shù)量以及一些其它因素。
使用CompactRIO和LabVIEW開發(fā)智能調(diào)度控制器
使用NI C系列模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄
表1 電氣參數(shù)的測(cè)量
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測(cè)量參數(shù)
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輸出信號(hào)
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NI C 系列模塊
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太陽(yáng)能光伏
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一串DC 電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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電池
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DC電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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風(fēng)力發(fā)電機(jī)
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相電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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生物氣化爐
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相電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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負(fù)載功耗
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AC 電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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電網(wǎng)電力
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AC電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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變頻器
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AC電流, 電壓
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NI 9227 (電流), NI 9225 (電壓)
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表2 氣象/物理參數(shù)的測(cè)量
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測(cè)量參數(shù)
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典型的傳感器
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典型的信號(hào)
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NI C 系列模塊
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總?cè)照蛰椛?/span>
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日射強(qiáng)度計(jì)
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模擬電壓
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NI 9205
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風(fēng)速
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風(fēng)速計(jì)
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脈沖序列
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NI 9205
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風(fēng)向
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風(fēng)速計(jì)
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模擬電阻
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NI 9205
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環(huán)境溫度
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熱電偶
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模擬電壓
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NI 9211
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模塊溫度
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熱電偶
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模擬電壓
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NI 9211
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電池溫度
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熱電偶
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模擬電壓
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NI 9211
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室內(nèi)和室外濕度
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相對(duì)濕度傳感器
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模擬電壓
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NI 9205
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使用LabVIEW平臺(tái)開發(fā)一個(gè)SMG SCADA系統(tǒng)
使用NI 開發(fā)者套件 開發(fā)SMG的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系統(tǒng)，NI 開發(fā)者套件 包括以下LabVIEW模塊：
· LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)之間的通信接口。從各種數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)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(diào)制解調(diào)器進(jìn)行傳輸。
SMG系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示面板
NI 開發(fā)者套件，包括LabVIEW DSC模塊、LabVIEW Real-Time模塊, 和LabVIEW FPGA模塊，用于開發(fā)SMG系統(tǒng)的顯示面板，該顯示面板將提供SMG系統(tǒng)的所有實(shí)時(shí)信息，例如：電氣、氣象參數(shù)以及每日能源消耗。SMG系統(tǒng)的顯示面板使用以太網(wǎng)（Modbus協(xié)議）與SMG SCADA系統(tǒng)進(jìn)行通信。
SMG系統(tǒng)的應(yīng)用
SMG系統(tǒng)可以應(yīng)用在以下幾方面：
· 工業(yè)和商業(yè)綜合設(shè)施，如商場(chǎng)、酒店和醫(yī)院
· 住宅設(shè)施，例如公寓和鄉(xiāng)村住宅
· 教育機(jī)構(gòu)
· 離網(wǎng)的農(nóng)村和遠(yuǎn)郊地區(qū)
· 電信基站
基于NI平臺(tái)開發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
使用NI平臺(tái)開發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺(tái)，同時(shí)可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對(duì)于提升國(guó)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(xiàng)目所采用，例如Jawaharlal Nehru National Solar Mission 項(xiàng)目和 Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana項(xiàng)目。該設(shè)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(zhǎng)，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的聯(lián)邦電力部長(zhǎng)以及TERI的局長(zhǎng)Dr. R.K. Pachauri。
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