DCS在新能源與分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張韜

摘 ?要：近年來，我國針對新能源領(lǐng)域的發(fā)展投入的精力和物力非常巨大，分布式發(fā)電技術(shù)也隨之得到了發(fā)展。分布式發(fā)電的孤網(wǎng)與并網(wǎng)的運行方式促進了我國電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用的DCS技術(shù)進一步的穩(wěn)定了電力系統(tǒng)的運行，更好地促進了分布式發(fā)電的控制發(fā)展。通過DCS技術(shù)實現(xiàn)電力調(diào)度智能化、信息化，并且經(jīng)過各種數(shù)據(jù)模型，將能讓DCS在新能源與分布式發(fā)電中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DCS;新能源;分布式發(fā)電;智能控制

中圖分類號：TM61 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0176-02

Abstract： In recent years， China has invested a lot of energy and material resources in the development of new energy field， and distributed generation technology has also been developed. The isolated and grid-connected operation mode of distributed generation promotes the development of China's power grid industry. The widely used DCS technology further stabilizes the operation of the power system and better promotes the control development of distributed generation. Through DCS technology， it is supposed to achieve intelligent power dispatching and informatization， and through a variety of data models， DCS will be widely used in new energy and distributed generation.

Keywords： DCS; new energy; distributed generation; intelligent control

1 新能源與分布式發(fā)電的發(fā)展

隨著我國對新能源行業(yè)提供大額度的補貼，我國太陽能產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了較大的推進。光伏發(fā)電效率相對來說比較低，節(jié)能減排的優(yōu)勢非常顯著。另外，我國的風力資源豐富，風能利用效率高，應(yīng)當被合理地利用起來，還有中國的核電技術(shù)起步比較晚，通過對現(xiàn)階段投產(chǎn)的幾個核電站的運營與發(fā)展，我國目前的核電設(shè)備其主要設(shè)備已國產(chǎn)化完畢。

2 微電網(wǎng)與分布式發(fā)電的關(guān)鍵

目前，我國電網(wǎng)中存在著很多的分布式發(fā)電電站，同時在微電網(wǎng)中也存在著許多儲能系統(tǒng)，由于目前儲能技術(shù)的限制，許多電源的并網(wǎng)都存在著不同的問題，微電網(wǎng)并網(wǎng)后的波動，脫離電網(wǎng)產(chǎn)生的孤島運行問題都是我國電網(wǎng)調(diào)度和控制技術(shù)當前需要迫切解決的難題。

在微電網(wǎng)發(fā)展過程中，分布式發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)兼容大電網(wǎng)方面的技術(shù)的最關(guān)鍵的部分。分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)過程中存在的運行難題，微電網(wǎng)可以通過局部的運行方式來完美解決。同時，微電網(wǎng)不僅是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，而且在優(yōu)化能源效率等方面能夠達到智能配電網(wǎng)的效果。微電網(wǎng)不能夠?qū)㈦娔茌斔徒o用戶，在供氣、供熱、供冷方面能夠得到充分的發(fā)揮，而且終端能源的利用效率將得到大幅度的提升。隨著我國電力技術(shù)的需求和國家電網(wǎng)市場的不斷完善，微電網(wǎng)提供的輔助服務(wù)和參與配電網(wǎng)調(diào)度將會得到更加涉及到更大的范圍。

3 新能源與分布式發(fā)電的問題

新能源接入大電網(wǎng)對外供電，由于新能源的分布及新能源受外界影響很大，風能、太陽能等分布式發(fā)電場，隨時都在跟隨環(huán)境的變化，同時隨時都可能出現(xiàn)負荷的波動，并脫離電網(wǎng)運行，成為孤網(wǎng)運行，因此，上述電源不僅對獨立向負荷供電的要求不能予以滿足，而且還不能進行調(diào)度。只有借助儲能裝置或其他電源的聯(lián)合方式，才能夠?qū)崿F(xiàn)對這些電能的備用和支持。

另外，對于配電網(wǎng)來說，分布式電源并網(wǎng)運行對系統(tǒng)潮流分布產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變。在接入分布式電源之后，雖然系統(tǒng)獲得雙向潮流的功能，但是導(dǎo)致能量優(yōu)化、保護協(xié)調(diào)和電壓調(diào)節(jié)三個方面又出現(xiàn)一些問題。現(xiàn)如今，系統(tǒng)發(fā)生故障時，部分分布式電源會出現(xiàn)自動退出運行的操作，打破和增加了系統(tǒng)暫態(tài)功能的平衡性。對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生了一定的影響。而且，很多系統(tǒng)運行人員在通過傳統(tǒng)集中式電源調(diào)度方式進行管理過程中，不可調(diào)度、形式各異和數(shù)量繁多的分布式電源加劇了操作的難度，管理的失效必然會加劇分布式電源的故障運行，最終必然會威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4 DCS技術(shù)在分布式發(fā)電及微電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1 DCS系統(tǒng)功能

DCS系統(tǒng)的實時采集主要是針對監(jiān)視點、電站各控制點和各種輔助設(shè)備與主要設(shè)備的運行參數(shù)及運行轉(zhuǎn)臺進行的自動事故語音報警、事故故障原因提示、事件順序記錄、越限報警、安全檢測。DCS系統(tǒng)能夠?qū)ζ渌嬎銠C系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信予以實現(xiàn)、MIS、地調(diào)、梯級的信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，對斷路器等重要設(shè)備的切和投操作予以實現(xiàn)，對其他自動控制功能予以實現(xiàn)，以及對發(fā)電機的自動順序啟停控制予以實現(xiàn)。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置

通常來說，電站監(jiān)控系統(tǒng)通?？梢苑譃楝F(xiàn)地監(jiān)控層和中控層兩部分。電站監(jiān)控系統(tǒng)主要包含了語音報警設(shè)備、UPS不間斷電源、以太網(wǎng)交換機、定位衛(wèi)星對時裝置、網(wǎng)絡(luò)激光打印機和多臺操作員工作站等。

4.3 現(xiàn)地控制層配置

在機組實現(xiàn)順序控制中，LCU屏是核心的單元。通過LCU屏來直接監(jiān)控和控制現(xiàn)地級機組LCU中的PLC的運行。在整個系統(tǒng)中，它作為一個智能終端，但也可以作為獨立的裝置單獨運行。

5 DCS在新能源及分布式發(fā)電系統(tǒng)中的功能

5.1 數(shù)據(jù)采集與處理

分布式站在運行過程中，DCS系統(tǒng)不僅能夠?qū)Σ杉F(xiàn)場的各種實時數(shù)據(jù)，而且還能夠?qū)Ρ匾臄?shù)據(jù)進行預(yù)處理，最終在實時數(shù)據(jù)庫中進行一定格式的存儲。根據(jù)信號性質(zhì)，DCS系統(tǒng)將記錄的數(shù)據(jù)分為脈沖數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量等進行分類。包括計算和統(tǒng)計信號量值及狀態(tài)設(shè)定工作;實時電量分類和功率計算工作的完成。

5.2 電站運行安全監(jiān)視

（1）電站在正常運行過程中，LCD系統(tǒng)主要是完成實時

監(jiān)控的任務(wù)。（2）參數(shù)越復(fù)限報警記錄。（3）系統(tǒng)時鐘詳細的對事故的數(shù)據(jù)和整個過程進行了記錄。（4）通過顯示的方式來記錄故障的實際情況，系統(tǒng)對各個故障信號進行定時掃查。（5）溫度趨勢分析判斷，發(fā)電設(shè)備溫度隨時間的容許變化率。（6）定期分析和監(jiān)控輔助設(shè)備的運行狀態(tài)。（7）開、停機過程監(jiān)視。（8）通過顯示的方式來記錄系統(tǒng)出現(xiàn)的各個故障。

5.3 控制與調(diào)節(jié)

在電站實際運行過程中，DCS系統(tǒng)能夠結(jié)合給出的控制命令和運行現(xiàn)狀，自動的調(diào)節(jié)和控制預(yù)定的操作、自動電壓控制計算和發(fā)電控制的操作。斷路器操作、無功功率調(diào)節(jié)、有功功率的調(diào)節(jié)、停機操作、開機操作等都可以通過DCS系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)和控制。

5.4 記錄及生產(chǎn)管理

在實際運行過程中，DCS系統(tǒng)能夠詳細的統(tǒng)計各個設(shè)備的運行情況，自動將部分信息提醒給操作的工作人員。（見圖1）

5.5 數(shù)據(jù)通信

DCS系統(tǒng)能完成以下的通信任務(wù)：（1）與調(diào)度中心的通

信。（2）系統(tǒng)內(nèi)部主機與各設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。（3）與現(xiàn)場設(shè)備的通信。（4）與外界通信，實現(xiàn)遠程遙控。

5.6 畫面顯示

DCS的畫面顯示功能主要是實現(xiàn)了自動調(diào)用畫面。通常通過表格、曲線、單線圖等方式來對畫面進行構(gòu)建，具有操作簡單、刷新速度塊、合理構(gòu)圖、穩(wěn)定清晰等畫面顯示特點。

5.7 語音報警功能

DCS的語音報警功能主要是提示電站故障或事故以及重要的操作，操作人員能夠根據(jù)清晰和準確的預(yù)警做出響應(yīng)的操作。

5.8 人機聯(lián)系

人機接口主要是監(jiān)控全廠生產(chǎn)過程和運行人員的安全，維修人員必須定期開發(fā)、維修和管理監(jiān)控系統(tǒng)。

5.9 自檢和自啟動

自檢和自啟動的功能主要是自動檢測過道故障、自動處理超時的軟件任務(wù)和機組自檢。主機發(fā)生故障之后，DCS會自動切換備用主機進行控制。在主機出現(xiàn)軟件超時故障時，DCS能夠自動啟動部分故障功能軟件的功能。

5.10 軟件開發(fā)功能

開發(fā)維護人員在工程師工作站的操作主要是通過相關(guān)的口令來實現(xiàn)，系統(tǒng)無論是離線情況還是在線情況都能夠便捷的進行修改、調(diào)試、編輯等指令，在不影響主機的在線運行的前提下完成操作的更改。

5.11 自動處理電廠事故

自動處理電廠事故的功能是必須在事故發(fā)生后，第一時間對判斷事故進行正確判斷，快速采取相應(yīng)的措施，實現(xiàn)自動快速處理事故的目的，保障工程安全的運行。

5.12 實現(xiàn)遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控主要是遠程操作和監(jiān)盤，具備遠程自動發(fā)電控制功能、停機和開機的功能;開關(guān)站設(shè)備監(jiān)控。

6 分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的保護技術(shù)

將分布式電源配入到原有的配電網(wǎng)絡(luò)中，必然會改變原有的故障。配入的分布式電源的種類和數(shù)量決定了故障水平的高低。所以說，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面涉及的繼電保護問題是未來需要進一步解決的難題，保護裝置的省級和斷路器容量的提升這兩個方面都是迫切需要改進的問題。

7 結(jié)束語

隨著我國智能技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)等分布式控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電和新能源得到了較大的發(fā)展空間，分布式控制系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)了更好地控制微電網(wǎng)的目的，大大減少了新能源并網(wǎng)、脫網(wǎng)運行時對電網(wǎng)的沖擊，使大電網(wǎng)更加穩(wěn)定，同時DCS技術(shù)在新能源及分布式發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用，減少了能源傳輸?shù)膿p耗，提升了電能質(zhì)量，伴隨著AI技術(shù)、云計算技術(shù)，使未來DCS系統(tǒng)中更加智能化，實現(xiàn)更加便捷處理故障的目的，分布式發(fā)電和新能源在未來必然獲得更好的發(fā)展趨勢。

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