PLC在微網(wǎng)能量管理系統中的應用

1 引言

隨著(zhù)國家智能電網(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，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)電方式可靠運行、高效利用、最優(yōu)化配置，對微網(wǎng)系統的深入研究至關(guān)重要。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統，是一個(gè)能夠實(shí)現自我控制、保護和管理的自治系統。既可以與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以與配電網(wǎng)斷開(kāi)孤立運行。

本文闡述的微網(wǎng)能量管理系統的研究工作目標是通過(guò)開(kāi)展微網(wǎng)能量管理系統及其應用方案的研究，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)建設計劃提供有力的技術(shù)支持。本文的研究?jì)热葜饕ㄎ⒕W(wǎng)能量管理系統的組成、微網(wǎng)能量?jì)?yōu)化控制策略等。

2 系統構架

微網(wǎng)是中國發(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)電對于中國調整能源結構、保護環(huán)境、開(kāi)發(fā)西部、解決農村用電及邊遠地區用電、進(jìn)行生態(tài)建設等具有十分重要的意義。另一方面，中國的可再生能源的發(fā)展潛力巨大。

微網(wǎng)在提高中國電網(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荷組成微電網(wǎng)，設計合適的電路結構和控制，為這些負荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力。

微網(wǎng)引入后，配電網(wǎng)的輻射狀網(wǎng)架結構將改變，線(xiàn)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)運行也可以孤網(wǎng)運行，因此如何在兩種工況下都能對微網(wǎng)內部故障做出響應以及在并網(wǎng)的情況下快速感知大電網(wǎng)故障，同時(shí)保證保護的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，是微網(wǎng)保護的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

微網(wǎng)靈活的運行方式和高質(zhì)量的供電服務(wù)需要有完善與穩定的控制系統。微網(wǎng)的控制應該基于本地的信息對電網(wǎng)中的事件做出自主反應，例如，對于電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機應當利用本地信息自動(dòng)跳轉到獨立運行方式，而不是像傳統方式中有電網(wǎng)調度統一協(xié)調。

微網(wǎng)能量管理系統主要是對微網(wǎng)系統內分布式電源、負荷、微網(wǎng)系統的執行元件、智能電表等設備的實(shí)時(shí)數據采集和控制，針對微網(wǎng)能量管理系統的組成、設備特性、通信方式等，可以根據不同構成形式靈活配置功能。本文基于現代先進(jìn)的控制思想，采用以和利時(shí)PLC為主的集中與分散相結合的計算機控制系統，它集成了當代計算機技術(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)系統的運行管理方面發(fā)揮了巨大的作用。

在本文所介紹的系統中，由可編程序控制器（PLC）、智能電表、微網(wǎng)系統的執行元件等組成檢測控制系統——現場(chǎng)控制站，以控制分區為對象，具有獨立的區域監控能力，能接受中央控制的調控，但不依賴(lài)中央控制的存在，對微網(wǎng)系統各部分進(jìn)行分散控制；再由中央控制室，對整個(gè)系統實(shí)行集中管理?，F場(chǎng)控制站根據微網(wǎng)系統所在構筑物的平面分布，設置在控制對象和信號源相對集中的區域。

監控系統網(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)系數據庫，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 )系統布線(xiàn)、子網(wǎng)絡(luò )系統布線(xiàn)統一考慮、綜合利用，配置網(wǎng)絡(luò )操作系統及相關(guān)應用軟件。

圖2-1 監控系統結構圖

各現場(chǎng)控制站的現場(chǎng)集中監控部分——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)行數據通信，通訊介質(zhì)為光纜，通訊采用MODBUS TCP標準協(xié)議，其中LK系列PLC作從站，操作員站電腦作主站；現場(chǎng)控制站的集中監控部分與遠程分散監控部分——和利時(shí)LM系列PLC之間也由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數據通信，通訊介質(zhì)為雙絞線(xiàn)或光纜（視距離遠近而定），通訊也采用MODBUS TCP標準協(xié)議，其中LK系列PLC作主站，LM系列PLC作從站；現場(chǎng)控制站的遠程分散監控部分與現場(chǎng)檢測電表進(jìn)行數據通訊，通訊介質(zhì)為RS-485串口通訊線(xiàn)，通訊采用MODBUS RTU標準協(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)系統的執行元件單元采用24VDC電壓數字信號及標準4~20mA模擬信號通訊，通訊介質(zhì)為控制電纜及信號電纜；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，將現場(chǎng)采集到的數據信息存放到中央數據庫中CONTROL ENGINEERING China版權所有，以供備份和分析使用。測量?jì)x表是具有微處理器的智能設備。

系統結構圖如圖2-1所示。

3 設計方案

PLC監控系統在微網(wǎng)能量管理系統中起到了至關(guān)重要的作用，其主要用于各種底層電表、逆變器、斷路器、接觸器等設備的分散數據采集，所有電量參數的數據整合，以及向上位監控電腦上傳數據以供操作員監視和分析。在向上傳遞數據的同時(shí)，PLC還逐級接收來(lái)自上級的參數設置數據和控制指令控制工程網(wǎng)版權所有，實(shí)現遠程設置和操控。另外，PLC還負責直接處理一些緊急任務(wù)，如故障急停等。