用NI LabVIEW和DAQ創(chuàng )建微網(wǎng)能量管理系統

　　"在處理矩陣計算時(shí)，LabVIEW提供了編程工具更方便地編寫(xiě)功率系統應用程序，從而節省編程時(shí)間。"– Gooi Hoay Beng, Nanyang Technological University

　　The Challenge:

　　隨著(zhù)化石燃料的耗盡和全球能源需求的不斷增加,我們需要探索可持續的能源，并有效進(jìn)行管理。新加坡沒(méi)有自然資源，因此需要在技術(shù)上加大投入以提高供給系統效率從而滿(mǎn)足其能源需求。

　　The Solution:

　　我們使用NI LabVIEW和NI數據采集設備開(kāi)發(fā)低成本微網(wǎng)功率管理系統(MEMS)。ICT、智能儀表和高級優(yōu)化應用程序被用于MEMS中，管理我們的LV分布式系統，作為整合可再生能源的平臺。

　　Author(s):

　　Cheah Peng Huat - Nanyang Technological University

　　Siow Lip Kian - Nanyang Technological University

　　Liang Hong Zhu - Nanyang Technological University

　　Vo Quoc Nguyen - Nanyang Technological University

　　Nguyen Dinh Duc - Nanyang Technological University

　　Gooi Hoay Beng - Nanyang Technological University

　　新加坡南洋理工大學(xué)(NTU)電子工程學(xué)院(EEE)的清潔能源研究實(shí)驗室的學(xué)生(LaCER)開(kāi)發(fā)出了一套微網(wǎng)系統原型。它包含例如太陽(yáng)能PV、風(fēng)力渦輪、燃料電池和電池庫等能源。整個(gè)微網(wǎng)用基于網(wǎng)頁(yè)的MEMS服務(wù)器系統控制。MEMS負責控制并監視能源管理的不同方面。

　　我們開(kāi)發(fā)了軟件程序管理采集到的傳感信息，完成負載控制器和發(fā)電分配。圖1顯示了數據庫和不同軟件模塊之間的界面示意圖。例如高級傳感和通信系統、負載預測(LF)、機組組合(UC)、狀態(tài)估計(SE)和最優(yōu)功率流(OPF)等模塊都是使用LabVIEW開(kāi)發(fā)的。

                                                                                           圖1.MEMS數據 

        高級傳感和通信系統

　　在微網(wǎng)中，傳感和控制設備的集成和交互是一個(gè)挑戰，因為它涉及不同通信協(xié)議，例如RS-232串行通信、RS422-/485 modbus通信等。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們建議將所有信息轉換為一個(gè)標準協(xié)議，即以太網(wǎng)通信協(xié)議或通常稱(chēng)為T(mén)CP/IP協(xié)議。這個(gè)轉換可以通過(guò)使用通信協(xié)議轉換器方便而經(jīng)濟地完成。

　　在MEMS服務(wù)器和功率傳感器以及其他例如斷路器、可編程交流電源和PLC等其他控制設備之間傳感和通信是我們的主要設計任務(wù)。在整個(gè)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中安裝了32個(gè)支持Modbus協(xié)議的功率傳感器單元，用于例如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和斷路器狀態(tài)的能量監視測量。為了在MEMS服務(wù)器和所有功率傳感器之間部署經(jīng)濟的的解決方案，這些傳感器被分成四組，每組包含八個(gè)傳感器單元。每組最終連接到RS-485到TCP/IP轉換器，將Modbus協(xié)議轉換為運行在以太網(wǎng)LAN網(wǎng)絡(luò )商的Modbus TCP協(xié)議。為每個(gè)傳感器配置一個(gè)唯一的IP地址，每組功率傳感器都配置一個(gè)相應的ID。

　　通過(guò)輸入功率傳感器的IP地址、傳感器ID和寄存器地址，我們使用LabVIEW DSC模塊提取功率測量值。用戶(hù)無(wú)需定義確切的modbus消息提取信息，因此為用戶(hù)節省了寶貴的時(shí)間。所有功率測量值都被發(fā)送到LabVIEW的全局變量中，如圖2在主要圖形界面中顯示，用于監視。除此以外，還可以通過(guò)全局變量在其他應用程序中使用。相同的方法還用于PLC控制微網(wǎng)中的斷路器。

                  圖2.使用LabVIEW 2009開(kāi)發(fā)的MEMS主要圖形界面，用于監視所有安裝的功率傳感器。

　　使用可編程交流源主要用于測試獨立微網(wǎng)。為了與功率源通信，我們使用LabVIEW中的TCP協(xié)議函數模塊。用戶(hù)只需要輸入功率源的IP地址，無(wú)需任何繁瑣的程序代碼就可以對功率源進(jìn)行監視和控制。

　　負載預測

　　負載預測的目標是提前15分鐘預測總用戶(hù)負載。它對于有效的市場(chǎng)運作以及微網(wǎng)的控制和計劃有重要的影響。精確的預測數值能夠節省能源并且提高系統運作的安全性。

                                             圖3.使用LabVIEW 2009開(kāi)發(fā)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )訓練用戶(hù)圖形界面

　　預測方法是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )(ANN)的。LabVIEW用于開(kāi)發(fā)如圖3所示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。為了提高LF算法性能，增加了特殊解決方案：

　　數據采集——用于檢測錯誤和異常數據，在用于訓練之前刪除或調整。

　　早期停止——加速收斂并防止訓練數據過(guò)度擬合。

　　異常日期規劃——檢測負載規劃異常的日期，并將它們從訓練中去除，從而不會(huì )破壞負載模型。用戶(hù)能夠從GUI中更新異常日期。

　　相關(guān)性和線(xiàn)性回歸分析——通過(guò)使用直線(xiàn)找出輸入和目標數據的線(xiàn)性關(guān)系。

　　歷史負載數據是從NTU的Wee Kim Wee通信與信息大樓使用NI數據采集設備 NI USB-6215 采集的。這些數據使用LabVIEW處理并存儲在數據庫中。為了采集這些每日負載數據(即分布式網(wǎng)格的負載電壓和電流)，我們將數據采集設備的模擬輸入通過(guò)降電壓變壓器連接到大樓的分布式網(wǎng)格中，以及電流電壓變換器分別獲取電壓和電流數據。