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1、研究背景

我國在“十二五”規(guī)劃以及“十三五”規(guī)劃中，都明確提出重點(diǎn)大力發(fā)展風(fēng)能、光能、儲能、水能等“新型綠色能源”系統(tǒng)，以減輕或解決傳統(tǒng)能源帶來的日益嚴(yán)重的資源枯竭和環(huán)境問題。隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，改善了風(fēng)電、光電的輸電電能質(zhì)量，使得風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源可實現(xiàn)一定規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行。用儲能技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電統(tǒng)一結(jié)合在一起而構(gòu)成的多元化電站系統(tǒng)稱之為風(fēng)光儲一體化電站，目前，其規(guī)模與傳統(tǒng)電站相比多數(shù)屬于微電站系統(tǒng)。相比單一型的電站，風(fēng)光儲一體化電站具有風(fēng)電、光電、蓄電池儲電多種電源輸電的互補(bǔ)優(yōu)勢，可以靈活控制發(fā)電模式，從而實現(xiàn)電能優(yōu)化配置。

諸如環(huán)渤海、長三角、珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，隨著社會經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展，電力供應(yīng)不足突顯，用電高峰期拉閘限電、錯峰用電等影響了許多中小型企業(yè)的發(fā)展。用電負(fù)荷的多樣化促使對電能質(zhì)量的指標(biāo)不斷提高和完善。2012年開始在深圳由廣東省電機(jī)工程學(xué)會低壓直流電源專業(yè)委員組織，多家單位聯(lián)合建立了3MWh的風(fēng)光儲一體化儲能電站示范工程基地，一期已經(jīng)試運(yùn)行。其中電能檢測是一體化電站的重要環(huán)節(jié)，是及時發(fā)現(xiàn)和評價電能質(zhì)量問題重要手段，是評價電站節(jié)能減排，實現(xiàn)電站智能化的重要體現(xiàn)。針對這樣新型復(fù)雜多元發(fā)電站系統(tǒng)，對電能的在線檢測布局與功能實現(xiàn)提出新的要求與挑戰(zhàn)。為此，設(shè)計了一套基于電能質(zhì)量分析的在線智能監(jiān)測與計量系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”)，為風(fēng)光儲一體化電站的電能質(zhì)量、基于諧波分析電能計量、節(jié)能減排以及相關(guān)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化改造提供數(shù)據(jù)支持。

2、主要研究內(nèi)容

1.1 風(fēng)光儲一體化電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

風(fēng)光儲一體化電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。



圖1中風(fēng)光儲一體化電站由以下6大單元組成。發(fā)電系統(tǒng)：包括風(fēng)能、太陽能光伏綠色能源發(fā)電系統(tǒng)和輔助柴油發(fā)電系統(tǒng);能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)：包括逆變器系統(tǒng)、PCS等;蓄電池儲能系統(tǒng)，包括多種材質(zhì)的蓄電池組，如鉛炭、鋰電、膠體、鉛酸等;配電系統(tǒng)：包括配電、自動切換設(shè)備等;輸電系統(tǒng)：包括無功補(bǔ)償，變壓器，低壓、高壓開關(guān)設(shè)備等;智能電能監(jiān)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集、計算存儲、電量統(tǒng)計，智能檢測控制等。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)

1.2.1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測系統(tǒng)的組成如圖2所示。


圖2中，檢測系統(tǒng)分為現(xiàn)場監(jiān)測部分和遠(yuǎn)程監(jiān)控部分?，F(xiàn)場監(jiān)測部分：包括監(jiān)測機(jī)組(包括電壓，電流傳感器)和通信路由設(shè)備;遠(yuǎn)程監(jiān)控：包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理員主控PC機(jī)、局域網(wǎng)用戶終端、以及以太網(wǎng)用戶終端。風(fēng)光儲一體化電站的混合多元結(jié)構(gòu)，決定了在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)。

1.2.2 監(jiān)測系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計

電能質(zhì)量分析需要處理很多復(fù)雜的算法，比如諧波、簡諧波分析算法，閃變的分析算法，都十分復(fù)雜，運(yùn)算量大，同時還有界面顯示等任務(wù)。單核處理不能夠滿足這樣的要求。

基于這個特點(diǎn)，現(xiàn)場監(jiān)測主機(jī)的核心硬件系統(tǒng)采用嵌入式“CPU(ARM)+DSP”的雙核主從架構(gòu)技術(shù)。

現(xiàn)場主機(jī)嵌入式軟件采用底層、中間層、應(yīng)用層的3層構(gòu)架。底層主要包含雙核的初始化，硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，多任務(wù)的消息調(diào)度等;中間層主要包含各種接口程序，通信協(xié)議等;應(yīng)用層主要包含人機(jī)界面程序，數(shù)據(jù)管理程序，設(shè)備參數(shù)管理，采樣測量管理，DSP代碼通信管理等。嵌入式程序代碼均使用C語言編寫。該3層構(gòu)架簡潔，邏輯合理，各層任務(wù)清晰，使得的整個軟件系統(tǒng)代碼具有很強(qiáng)的執(zhí)行能力。

3、后續(xù)研究內(nèi)容

目前，隨著風(fēng)光儲一體化電站的初步驗收，在線監(jiān)測系統(tǒng)也隨之投入運(yùn)行。示范工程初期的設(shè)備都是多家單位聯(lián)合提供，逆變器、PCS都是單獨(dú)控制，因此后續(xù)工作中各設(shè)備在相互協(xié)調(diào)運(yùn)作、實現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)配置和控制的空間還很大，能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源直接從各設(shè)備讀取，各設(shè)備發(fā)電、儲能運(yùn)行的模式控制，無功、諧波控制，由監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)更加智能化，控制功能更加完善飽滿;在系統(tǒng)的通信模式方面也可以采用無線，WIFI等模式，通過云服務(wù)器技術(shù)，傳輸管理數(shù)據(jù)，輕松在Android手持設(shè)備上瀏覽監(jiān)測數(shù)據(jù)。

原標(biāo)題：技術(shù) | 風(fēng)光儲一體化電站智能電能監(jiān)測與計量系統(tǒng)