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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平臺開發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實現(xiàn)了一個優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對于提升國家電力行業(yè)的技術能力至關重要。"
挑戰(zhàn):
對于印度國家戰(zhàn)略層面來說，作為高能耗的新興經(jīng)濟體，加強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:
利用最先進的電力電子設備作為驅(qū)動，同時利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系統(tǒng)設計軟件所提供的超高速數(shù)字技術進行控制，開發(fā)印度第一個智能微型電網(wǎng)系統(tǒng)（Smart mini grid, SMG），以確保整個電力系統(tǒng)具有更高度的靈活性、可靠性、效率及安全性。
為了應對公用事業(yè)的變化和挑戰(zhàn)，在印度，許多公用事業(yè)公司正在計劃實施智能電網(wǎng)技術。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，在11KV以下運行，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，例如柴油發(fā)電機，以及一系列可再生發(fā)電機，例如微型水力、風力發(fā)電機、生物發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電等。SMG能夠連接到傳統(tǒng)公用電網(wǎng)，也能孤立存在，只為本地負載供電。SMG是一個數(shù)字信息和通信技術（Information and communication technology, ICT）的具體應用，它采用先進的傳感、通信和控制技術，以優(yōu)化發(fā)電、輸送電，并最終應用于微型電網(wǎng)域中。SMG提供電網(wǎng)的動態(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
SMG的優(yōu)勢如下：
· 促進需求方面的管理和響應
· 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，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系計劃的贊助下，TERI向新能源和可再生能源部門提交了一份提案，聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織向澳大利亞環(huán)境、水、遺產(chǎn)以及藝術部門聯(lián)邦提交了一份提案，意在獲得基金來開發(fā)和驗證基于分布式發(fā)電的SMG系統(tǒng)，以及適用于印度地區(qū)并可促進SMG在印度部署的控制技術。為了優(yōu)化多種發(fā)電資源以及需要服務的不同負載，TERI設計并開發(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DER的輪換和預測
· 集中控制（智能調(diào)度控制器），實現(xiàn)資源優(yōu)化和需求管理
· 起始負載的優(yōu)先級排序——總負載被分為關鍵的、主要的和次要的負載
· 使用LabVIEW系統(tǒng)設計軟件進行數(shù)據(jù)采集以及控制命令的發(fā)送和接收，從而實現(xiàn)集成式、高速、基于FPGA的數(shù)字化通信
· 通過安裝的傳感器，完成實時的數(shù)據(jù)采集以及針對多種電氣、氣象以及物理參數(shù)的監(jiān)測
· 通過系統(tǒng)組件的自動連接/斷開，最小化斷電影響，并快速響應電網(wǎng)波動
TERI SMG系統(tǒng)還集成了下面的DER：
· 10.5 kWP太陽能光伏（基于晶體硅的太陽能模塊）系統(tǒng)，安裝在TERI Retreat小區(qū)北樓的屋頂
· 2 kWP太陽能光伏（基于晶體硅的太陽能模塊）系統(tǒng)，安裝在Biomass Gasifier大樓的屋頂
· 1 kWP基于薄膜的太陽能光伏系統(tǒng)，位于TERI Retreat 南樓的屋頂上
· 3.3 kW風力發(fā)電機（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，用于能量儲存
· 柴油發(fā)電機和公用電網(wǎng)
TERI Retreat是一個多設施復合體住宅區(qū)，裝備有許多現(xiàn)代的設施，其中包括會議大廳、公共及住宅場所、實驗室以及運動場。綜合設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系列模塊進行數(shù)據(jù)記錄
表1 電氣參數(shù)的測量
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測量參數(shù)
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輸出信號
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NI C 系列模塊
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太陽能光伏
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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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風力發(fā)電機
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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)的測量
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測量參數(shù)
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典型的傳感器
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典型的信號
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NI C 系列模塊
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總日照輻射
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日射強度計
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模擬電壓
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NI 9205
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風速
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風速計
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脈沖序列
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NI 9205
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風向
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風速計
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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平臺開發(fā)一個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)點收集的數(shù)據(jù)通過基于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)器進行傳輸。
SMG系統(tǒng)的實時數(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)的所有實時信息，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)進行通信。
SMG系統(tǒng)的應用
SMG系統(tǒng)可以應用在以下幾方面：
· 工業(yè)和商業(yè)綜合設施，如商場、酒店和醫(yī)院
· 住宅設施，例如公寓和鄉(xiāng)村住宅
· 教育機構
· 離網(wǎng)的農(nóng)村和遠郊地區(qū)
· 電信基站
基于NI平臺開發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢
使用NI平臺開發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實現(xiàn)了一個優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對于提升國家電力行業(yè)的技術能力至關重要。它可以被印度政府的旗幟項目所采用，例如Jawaharlal Nehru National Solar Mission 項目和 Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana項目。該設備已經(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，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的聯(lián)邦電力部長以及TERI的局長Dr. R.K. Pachauri。
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