基于組態的微電網監控系統設計

摘要：微電網監控系統是采用設計思路以及多項新標準、新技術，使用組態軟件設計監控界面，主要針對太陽能、風力發電系統開發的監控系統，涵蓋了數據采集與控制、智能分析診斷、統計報表、曲線棒圖分析等應用功能。

關鍵詞：微電網;監控;數據分析

中圖分類號：TM76 ? ?文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0引言

微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統。在電網難以覆蓋的偏遠地區或分布式電源滲透率較高的局部地區，采用微電網的方式，經研究能有效提高配電網對分布式能源的接納能力，從而解決了偏遠地區或海島的供電問題。近年來，太陽能和風能發電成本大幅下降，目前全球有一定數量的微電網正在運行，著眼于當下環境保護和能源枯竭的雙重壓力，微電網技術應用將會有著良好的前景。

本文設計了一種微電網智能監控系統，采用自動化通訊及數據采集技術，結合先進的力控上位機監控軟件，設計出包含光伏、風電、儲能、負荷等微電網系統內部的所有現場設備終端及數據采集系統，實現電壓、電流、有功等數據分析處理、能量調度與管理、智能保護、本地監控等功能，實現對微電網系統的智能化管理。

1控制系統總體框圖

在如圖1所示的微電網控制系統框圖中，在微電網執行層，先將分布發電單元光伏太陽能和風力發電模塊發出的電能輸送匯聚至直流母線;然后在微電網協調層通過逆變器升壓逆變后，與大電網并網輸送電能[1];最后到達微電網管理層，系統中的各微源都受管理層的調度，根據優先級設置三級負載，運行過程中通過數據分析切除非重要負載，確保重要負載的供電運行[2]。當大電網突發故障，依靠蓄電池、風機和光伏板等分布式發電模塊，支持微電網系統脫離主電網孤島運行，實現在并網和孤島兩種運行模式間平滑切換。

2系統控制功能的設計

根據整體設計要求，本設計分為現場控制與監測控制兩大模塊，其中現場控制包含電壓、電流測量、數據分析處理中央控制以及現場狀態指示三個部分，監測控制包含實時數據顯示、報表生成、數據分析、報警等部分。系統通過不同檢測電路輸入的電源電壓和電流數值，傳送到核心控制單片機，單片機將接收到的數據進行比較后，按預設命令對現場設備發出動作指令，并通過現場的指示燈進行狀態指示與提醒。

2.1電流電壓采樣處理芯片

電流和電壓的測量，在本設計中選用了具有高速電能計算功能和高度集成的電能有效值轉換芯片——CS5460A。其內部包含兩個用于測量電量數據的累加式AD轉換器，一個用于和單片機進行數據讀寫的串行接口，是目前大量使用的主流芯片。

2.2風光并網運行系統設計

在如圖2所示的風光并網運行系統中，風光電能通過DC/DC模塊和DC/AC變換器進行并網運行的同時，在另一條支路中給備用蓄電池充電，蓄電池電量滿值后，系統切斷風光發電機與電池的連接。當主電網突發故障需進行孤島運行時，優先選擇接通發電機逆變供電，若風光電能無法保證，則由蓄電池逆變供電。

對于一個并網發電系統來說，重要的組成部分是由如圖3所示單片機主控制器、采樣與檢測電路、驅動電路等構成的并網逆變系統。在此系統中，由主控制器發出指令通過DC/DC環節，跟蹤風光電能的最大功率點;同時通過DC/AC，在使直流母線電壓穩定，最終將電能轉化為220V/50Hz與電網的相電壓同頻同相正弦交流電。

3系統監控功能的設計

本系統采用工業組態軟件進行上位機終端的監控功能的設計，將顯示現場發送過來的電壓、電流、有功無功等實時數據，根據需求繪制成曲線或表格，并能同步顯示現場運行信息。當出現報警信息時，系統通過數據分析會對現場發出更改狀態的動作命令，對整個現場的運行情況進行全面實時監視與遠程操控。

監控系統能對現場風速、溫度、光照度等環境因素進行實時監測與數值顯示。同時也能實時監測現場電壓、電流以及蓄電池電壓與溫度等信息，并根據預先設定可繪制出如圖4所示日發電量與日輸入電能實時曲線、直流側輸入數據與電流實時曲線、交流側輸入數據與電流實時曲線，以及其他一些電能參數。這些詳細的系統運行數據、曲線能夠給現場逆變器的正常運行提供實時、有效的參考與分析。同時監控系統還具有月、年發電量顯示與比較的棒圖，并能通過公式計算出每月二氧化碳、二氧化硫減排數值，如圖5所示，這些數據對節能減排和實現能源可持續發展具有參考價值。

5小結與展望

在環境污染日益嚴重的今日，太陽能、風能作為無污染、可再生的清潔能源，是二十一世紀能源發展的方向，又因其使用的靈活性與經濟性，在各行各業中愈受青睞。隨著新能源技術的發展，以及分布式發電技術水平的提高，智能微電網技術開始進入人們的視線，它代表了未來分布式電力能源供應系統的發展趨勢，是未來智能配用電系統的重要組成部分，值得我們進一步探究。

參考文獻

[1] 黃業川，龍有煉，李培鋒，等.智能微電網監控系統[J].電氣技術，2015（10）：76-79.

[2] 黃小紅，程鵬志，白兆海，等.分布式光儲微電網設計及應用研究[J].新材料產業，2016（9）：54-58.

[3] 王志強.并網型光伏發電系統的研究[D].淮南：安徽理工大學，2016.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：顧群（1977—），女，江蘇姜堰人，本科，副教授，研究方向：電子與通訊。