作者:
Alekhya Datta - The Energy and Resources Institute (TERI)
Mukesh Gujar - The Energy and Resources Institute (TERI)
Parimita Mohanty - The Energy and Resources Institute (TERI) 

圖1. 由TERI開(kāi)發(fā)的SMG系統(tǒng)的完整單線圖

"使用NI平臺(tái)開(kāi)發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺(tái)，同時(shí)可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對(duì)于提升國(guó)家電力行業(yè)的技術(shù)能力至關(guān)重要。"

                                                                         - Alekhya Datta, The Energy and Resources Institute (TERI)

挑戰(zhàn):
對(duì)于印度國(guó)家戰(zhàn)略層面來(lái)說(shuō)，作為高能耗的新興經(jīng)濟(jì)體，加強(qiáng)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(jìn)的電力電子設(shè)備作為驅(qū)動(dòng)，同時(shí)利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件所提供的超高速數(shù)字技術(shù)進(jìn)行控制，開(kāi)發(fā)印度第一個(gè)智能微型電網(wǎng)系統(tǒng)（Smart mini grid, SMG），以確保整個(gè)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(yīng)對(duì)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(jì)劃實(shí)施智能電網(wǎng)技術(shù)。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(luò)，在11KV以下運(yùn)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(jī)，例如柴油發(fā)電機(jī)，以及一系列可再生發(fā)電機(jī)，例如微型水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、生物發(fā)電和太陽(yáng)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(fù)載供電。SMG是一個(gè)數(shù)字信息和通信技術(shù)（Information and communication technology, ICT）的具體應(yīng)用，它采用先進(jìn)的傳感、通信和控制技術(shù)，以優(yōu)化發(fā)電、輸送電，并最終應(yīng)用于微型電網(wǎng)域中。SMG提供電網(wǎng)的動(dòng)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(shì)

SMG的優(yōu)勢(shì)如下：

·         促進(jìn)需求方面的管理和響應(yīng)

·         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(quán)，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(guān)系計(jì)劃的贊助下，TERI向新能源和可再生能源部門(mén)提交了一份提案，聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織向澳大利亞環(huán)境、水、遺產(chǎn)以及藝術(shù)部門(mén)聯(lián)邦提交了一份提案，意在獲得基金來(lái)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)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(jìn)SMG在印度部署的控制技術(shù)。為了優(yōu)化多種發(fā)電資源以及需要服務(wù)的不同負(fù)載，TERI設(shè)計(jì)并開(kāi)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(gè)DER的輪換和預(yù)測(cè)

·         集中控制（智能調(diào)度控制器），實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化和需求管理

·         起始負(fù)載的優(yōu)先級(jí)排序——總負(fù)載被分為關(guān)鍵的、主要的和次要的負(fù)載

·         使用LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及控制命令的發(fā)送和接收，從而實(shí)現(xiàn)集成式、高速、基于FPGA的數(shù)字化通信

·         通過(guò)安裝的傳感器，完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集以及針對(duì)多種電氣、氣象以及物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)

·         通過(guò)系統(tǒng)組件的自動(dòng)連接/斷開(kāi)，最小化斷電影響，并快速響應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)

TERI SMG系統(tǒng)還集成了下面的DER：

·         10.5 kW_P太陽(yáng)能光伏（基于晶體硅的太陽(yáng)能模塊）系統(tǒng)，安裝在TERI Retreat小區(qū)北樓的屋頂

·         2 kW_P太陽(yáng)能光伏（基于晶體硅的太陽(yáng)能模塊）系統(tǒng)，安裝在Biomass Gasifier大樓的屋頂

·         1 kW_P基于薄膜的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，位于TERI Retreat 南樓的屋頂上

·         3.3 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)（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?jī)?chǔ)存

·         柴油發(fā)電機(jī)和公用電網(wǎng)

TERI Retreat是一個(gè)多設(shè)施復(fù)合體住宅區(qū)，裝備有許多現(xiàn)代的設(shè)施，其中包括會(huì)議大廳、公共及住宅場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)室以及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。綜合設(shè)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(huì)議的數(shù)量以及一些其它因素。

使用CompactRIO和LabVIEW開(kāi)發(fā)智能調(diào)度控制器

SMG系統(tǒng)背后的心臟和大腦是智能控制器，它是基于CompactRIO平臺(tái)開(kāi)發(fā)的。使用NI cRIO-9022機(jī)箱與NI 9227 電流輸入模塊、NI 9225模擬輸入模塊、NI 9481繼電器模塊、NI 9211熱電偶輸入模塊、NI 9205模擬輸入模塊、以及NI 9403 雙向數(shù)字I/O系列模塊，從各種資源和控制中收集電氣信號(hào)和氣象數(shù)據(jù)。

使用NI C系列模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄

表1 電氣參數(shù)的測(cè)量

表2 氣象/物理參數(shù)的測(cè)量

使用LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)一個(gè)SMG SCADA系統(tǒng)

使用NI 開(kāi)發(fā)者套件 開(kāi)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(kāi)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(diǎn)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)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(jìn)行傳輸。

SMG系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示面板

NI 開(kāi)發(fā)者套件，包括LabVIEW DSC模塊、LabVIEW Real-Time模塊, 和LabVIEW FPGA模塊，用于開(kāi)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(shí)時(shí)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(jìn)行通信。

SMG系統(tǒng)的應(yīng)用

SMG系統(tǒng)可以應(yīng)用在以下幾方面：

·         工業(yè)和商業(yè)綜合設(shè)施，如商場(chǎng)、酒店和醫(yī)院

·         住宅設(shè)施，例如公寓和鄉(xiāng)村住宅

·         教育機(jī)構(gòu)

·         離網(wǎng)的農(nóng)村和遠(yuǎn)郊地區(qū)

·         電信基站

基于NI平臺(tái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

使用NI平臺(tái)開(kāi)發(fā)的SMG系統(tǒng)，具有高可靠性和高兼容性，該方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)優(yōu)化使用分布式能源的平臺(tái)，同時(shí)可以提高農(nóng)村電力系統(tǒng)的性能，因此對(duì)于提升國(guó)家電力行業(yè)的技術(shù)能力至關(guān)重要。它可以被印度政府的旗幟項(xiàng)目所采用，例如Jawaharlal Nehru National Solar Mission 項(xiàng)目和 Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana項(xiàng)目。該設(shè)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(zhǎng)，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的聯(lián)邦電力部長(zhǎng)以及TERI的局長(zhǎng)Dr. R.K. Pachauri。