国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

    關(guān)鍵詞： PLC；RS485；微網(wǎng)能量管理系統(tǒng) 
   
    1 引言
   
    隨著國(guó)家智能電網(wǎng)相關(guān)政策的試行，可再生能源的開(kāi)發(fā)利用及分布式供電已漸漸成為燎原之勢(shì)，即將進(jìn)入快速發(fā)展階段。為保障分布式發(fā)電這一新的發(fā)電方式可靠運(yùn)行、高效利用、最優(yōu)化配置，對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的深入研究至關(guān)重要。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。既可以與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以與配電網(wǎng)斷開(kāi)孤立運(yùn)行。

    本文闡述的微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的研究工作目標(biāo)是通過(guò)開(kāi)展微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)及其應(yīng)用方案的研究，摸索微網(wǎng)各種分布式發(fā)電的特性，尋找最優(yōu)化微網(wǎng)能量分布策略，為智能電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃提供有力的技術(shù)支持。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的組成、微網(wǎng)能量?jī)?yōu)化控制策略等。

                 

    2 系統(tǒng)構(gòu)架

    微網(wǎng)是中國(guó)發(fā)展可再生能源的有效形式。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對(duì)于中國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、開(kāi)發(fā)西部、解決農(nóng)村用電及邊遠(yuǎn)地區(qū)用電、進(jìn)行生態(tài)建設(shè)等具有十分重要的意義。另一方面，中國(guó)的可再生能源的發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
    微網(wǎng)在提高中國(guó)電網(wǎng)供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。在大電網(wǎng)的脆弱性日益凸顯的情況下，將地理位置接近的重要負(fù)荷組成微電網(wǎng)，設(shè)計(jì)合適的電路結(jié)構(gòu)和控制，為這些負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力。

    微網(wǎng)引入后，配電網(wǎng)的輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將改變，線路的潮流可以雙向流通。而且微電源大部分是通過(guò)逆變器接入的，大量的電力電子設(shè)備的引入，將使短路電流受到限制，通常不超過(guò)額定電流的2倍。而且微網(wǎng)可以在和配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行也可以孤網(wǎng)運(yùn)行，因此如何在兩種工況下都能對(duì)微網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應(yīng)以及在并網(wǎng)的情況下快速感知大電網(wǎng)故障，同時(shí)保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，是微網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

    微網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式和高質(zhì)量的供電服務(wù)需要有完善與穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。微網(wǎng)的控制應(yīng)該基于本地的信息對(duì)電網(wǎng)中的事件做出自主反應(yīng)，例如，對(duì)于電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)利用本地信息自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到獨(dú)立運(yùn)行方式，而不是像傳統(tǒng)方式中有電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

    微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)主要是對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)分布式電源、負(fù)荷、微網(wǎng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件、智能電表等設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制，針對(duì)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的組成、設(shè)備特性、通信方式等，可以根據(jù)不同構(gòu)成形式靈活配置功能。本文基于現(xiàn)代先進(jìn)的控制思想，采用以和利時(shí)PLC為主的集中與分散相結(jié)合的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它集成了當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、高性能控制器及智能化儀表的各自特點(diǎn)于一身，使其在微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理方面發(fā)揮了巨大的作用。

    在本文所介紹的系統(tǒng)中，由可編程序控制器（PLC）、智能電表、微網(wǎng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件等組成檢測(cè)控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)控制站，以控制分區(qū)為對(duì)象，具有獨(dú)立的區(qū)域監(jiān)控能力，能接受中央控制的調(diào)控，但不依賴(lài)中央控制的存在，對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)各部分進(jìn)行分散控制；再由中央控制室，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)行集中管理。現(xiàn)場(chǎng)控制站根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)所在構(gòu)筑物的平面分布，設(shè)置在控制對(duì)象和信號(hào)源相對(duì)集中的區(qū)域。

    監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，光纖網(wǎng)，客戶(hù)/服務(wù)器(Client/Server)模式的分布式實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，100Mbps傳輸速率，全雙工通信，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有光纜、通訊串口電纜，主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線、子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線統(tǒng)一考慮、綜合利用，配置網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用軟件。

                 

    各現(xiàn)場(chǎng)控制站的現(xiàn)場(chǎng)集中監(jiān)控部分——和利時(shí)LK系列PLC與中央控制室之間由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通訊介質(zhì)為光纜，通訊采用MODBUS TCP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其中LK系列PLC作從站，操作員站電腦作主站；現(xiàn)場(chǎng)控制站的集中監(jiān)控部分與遠(yuǎn)程分散監(jiān)控部分——和利時(shí)LM系列PLC之間也由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通訊介質(zhì)為雙絞線或光纜（視距離遠(yuǎn)近而定），通訊也采用MODBUS TCP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其中LK系列PLC作主站，LM系列PLC作從站；現(xiàn)場(chǎng)控制站的遠(yuǎn)程分散監(jiān)控部分與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電表進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊介質(zhì)為RS-485串口通訊線，通訊采用MODBUS RTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其中LM系列PLC作主站，智能儀表作從站；另外PLC與微網(wǎng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件單元采用24VDC電壓數(shù)字信號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)4~20mA模擬信號(hào)通訊，通訊介質(zhì)為控制電纜及信號(hào)電纜；中央控制室中的操作員站與電網(wǎng)管理中心再通過(guò)電力骨干網(wǎng)進(jìn)行通訊，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息存放到中央數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供備份和分析使用。測(cè)量?jī)x表是具有微處理器的智能設(shè)備。

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。

    3 設(shè)計(jì)方案

    PLC監(jiān)控系統(tǒng)在微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，其主要用于各種底層電表、逆變器、斷路器、接觸器等設(shè)備的分散數(shù)據(jù)采集，所有電量參數(shù)的數(shù)據(jù)整合，以及向上位監(jiān)控電腦上傳數(shù)據(jù)以供操作員監(jiān)視和分析。在向上傳遞數(shù)據(jù)的同時(shí)，PLC還逐級(jí)接收來(lái)自上級(jí)的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)和控制指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)置和操控。另外，PLC還負(fù)責(zé)直接處理一些緊急任務(wù)，如故障急停等。
?
    遠(yuǎn)程分散監(jiān)控——LM系列PLC

    若干個(gè)LM系列PLC系統(tǒng)根據(jù)控制領(lǐng)域的劃分分別放置在每個(gè)控制領(lǐng)域中，緊鄰該控制領(lǐng)域的智能電表、逆變器、斷路器、接觸器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備并與之通過(guò)串口通訊線、信號(hào)電纜和控制電纜等連接在一起。在微網(wǎng)系統(tǒng)中，這些控制區(qū)域主要包括智能電能表、光伏發(fā)電及逆變器系統(tǒng)、儲(chǔ)能及逆變器系統(tǒng)、三聯(lián)供系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等。同時(shí)，LM PLC通過(guò)專(zhuān)用的以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊與LK PLC進(jìn)行連接。具體的LM PLC連接圖如圖3-1所示。

                 

    在每個(gè)控制區(qū)域中，LM系列PLC系統(tǒng)的職責(zé)主要分為兩大部分：首先，LM負(fù)責(zé)通過(guò)RS-485串口通訊的方式，將現(xiàn)場(chǎng)智能電表和其它數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信息讀取到PLC中進(jìn)行保存和處理后，再上傳至LK PLC現(xiàn)場(chǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)。在這個(gè)過(guò)程中，和利時(shí)LM PLC保證了數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，其讀取所有設(shè)備數(shù)據(jù)一個(gè)周期的時(shí)間不超過(guò)2秒。
LM PLC在智能電表和其它數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)收集上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了十分復(fù)雜的微網(wǎng)電量采集要求。總體來(lái)說(shuō)，該P(yáng)LC監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)PLC可支持同時(shí)連接若干類(lèi)串口通訊采集設(shè)備，每類(lèi)設(shè)備也可以有多個(gè)，但是設(shè)備總數(shù)不能超過(guò)MODBUS協(xié)議的上限。另外，對(duì)于每類(lèi)表來(lái)說(shuō)，又將需要采集的多個(gè)參數(shù)分成若干優(yōu)先級(jí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)不同決定PLC采集該參數(shù)的頻率。整體結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。

                 

    此外，LM PLC還負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的繼電器、接觸器等電氣控制設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)、故障等情況的信號(hào)輸入判斷以及對(duì)其進(jìn)行的閉合/斷開(kāi)控制等。PLC通過(guò)物理輸入點(diǎn)DI檢測(cè)到各設(shè)備的工作情況后，同時(shí)將這些工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和本地處理；另一方面，PLC也根據(jù)上級(jí)LK PLC發(fā)送過(guò)來(lái)的控制指令對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，或根據(jù)輸入信號(hào)的處理結(jié)果在本地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行一些必要的緊急處理，避免通訊延時(shí)造成的損失和危害。
?
    現(xiàn)場(chǎng)集中監(jiān)控——LK系列PLC

    LK PLC在整個(gè)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中處于LM PLC的上一層，主要負(fù)責(zé)將上位操作站的遠(yuǎn)程指令和參數(shù)設(shè)置傳遞給下級(jí)LM PLC，同時(shí)將LM PLC從底層設(shè)備接收的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理集中，以供上位操作站接收顯示。因此，可以說(shuō)，LK PLC在整個(gè)系統(tǒng)中是連接上級(jí)和下級(jí)的樞紐，通過(guò)LK PLC將遠(yuǎn)程調(diào)度簡(jiǎn)捷化，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)規(guī)整化。
?
    遠(yuǎn)程操作站監(jiān)控

    操作站通常設(shè)置在監(jiān)控中心，主要由計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、大屏幕及服務(wù)器等硬件設(shè)備組成，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和整體調(diào)度。通過(guò)操作站的監(jiān)控組態(tài)軟件，工程師可以將底層通訊的基本初始參數(shù)，諸如儀表類(lèi)型數(shù)量、每類(lèi)儀表數(shù)量、各數(shù)據(jù)幀的格式及讀取的數(shù)據(jù)地址等在電腦上設(shè)置完畢后，傳遞給LK PLC現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站，而后通過(guò)LK發(fā)布給所有的LM PLC進(jìn)行參數(shù)初始化操作。

    另外，操作站也同時(shí)可以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況和故障信息，顯示現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)電量參數(shù)值，使得工程師或操作員可以在監(jiān)控中心了解現(xiàn)場(chǎng)的基本情況，從而作出一些必要的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制或及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行檢修等。

    4 結(jié)論

    該套自動(dòng)化集中監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①先進(jìn)的全開(kāi)放、分布式結(jié)構(gòu)；②擴(kuò)展靈活；③中文操作界面友好，操作人員容易掌握。

    PLC控制系統(tǒng)作控制站、最優(yōu)的工控組態(tài)軟件及工控機(jī)作操作站，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的集中監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)對(duì)話(huà)，方便操作人員在控制室里了解現(xiàn)場(chǎng)智能電表、逆變器、光伏、儲(chǔ)能和三聯(lián)供等設(shè)備的運(yùn)行狀況，并可通過(guò)操作站實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，同時(shí)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；維護(hù)人員可以直接從操作站上靈活組態(tài)和方便查找現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障原因，達(dá)到了既顯示直觀又節(jié)省費(fèi)用的目的。本設(shè)計(jì)經(jīng)北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司具體實(shí)施實(shí)現(xiàn)，已得到了非常好的實(shí)際應(yīng)用效果。

    參考文獻(xiàn)

    [ 1 ] 丁明、楊為等，基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的微網(wǎng)EMS平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]，電力自動(dòng)化設(shè)備
    [ 2 ] 王志霞、張會(huì)民、田偉，微網(wǎng)研究綜述[J]，電力應(yīng)用
    [ 3 ] 李振杰、袁越，智能微網(wǎng)——未來(lái)智能配電網(wǎng)新的組織形式[J]，電力系統(tǒng)自動(dòng)化
    [ 4 ] 和利時(shí)PLC——面向解決方案的PLC[J]，國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)