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開發(fā)的SMG系統的完整單線圖

"使用NI平臺開發(fā)的SMG系統，具有高可靠性和高兼容性，該方案實現了一個優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時可以提高農村電力系統的性能，因此對于提升國家電力行業(yè)的技術能力至關重要。"

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

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動，同時利用基于NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW系統設計軟件所提供的超高速數字技術進行控制，開發(fā)印度第一個智能微型電網系統（Smart mini grid, SMG），以確保整個電力系統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技術。SMG系統是智能電網中的子系統，通常被定義為智能配電網絡，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能夠連接到傳統公用電網，也能孤立存在，只為本地負載供電。SMG是一個數字信息和通信技術（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域中。SMG提供電網的動態(tài)通信和平衡，從而減少損失并提高電網的穩(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

·         減少電網斷電，并提升電網的可靠性、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，聯邦科學與工業(yè)研究組織向澳大利亞環(huán)境、水、遺產以及藝術部門聯邦提交了一份提案，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，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。該系統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（智能調度控制器），實現資源優(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系統設計軟件進行數據采集以及控制命令的發(fā)送和接收，從而實現集成式、高速、基于FPGA的數字化通信

·         通過安裝的傳感器，完成實時的數據采集以及針對多種電氣、氣象以及物理參數的監(jiān)測

·         通過系統組件的自動連接/斷開，最小化斷電影響，并快速響應電網波動

TERI SMG系統還集成了下面的DER：

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

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

·         1 kW_P基于薄膜的太陽能光伏系統，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（木質的）系統

·         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

TERI Retreat是一個多設施復合體住宅區(qū)，裝備有許多現代的設施，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、舉辦會議的數量以及一些其它因素。

使用CompactRIO和LabVIEW開發(fā)智能調度控制器

SMG系統背后的心臟和大腦是智能控制器，它是基于CompactRIO平臺開發(fā)的。使用NI cRIO-9022機箱與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 雙向數字I/O系列模塊，從各種資源和控制中收集電氣信號和氣象數據。

使用NI C系列模塊進行數據記錄

表1 電氣參數的測量

表2 氣象/物理參數的測量

使用LabVIEW平臺開發(fā)一個SMG SCADA系統

使用NI 開發(fā)者套件 開發(fā)SMG的監(jiān)控和數據采集（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系統，NI 開發(fā)者套件 包括以下LabVIEW模塊：

·         LabVIEW數據記錄和監(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系統之間的通信接口。從各種數據節(jié)點收集的數據通過基于Modbus協議的以太網以及基于TCP/IP協議的GSM調制解調器進行傳輸。

SMG系統的實時數據采集顯示面板

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系統的顯示面板，該顯示面板將提供SMG系統的所有實時信息，例如：電氣、氣象參數以及每日能源消耗。SMG系統的顯示面板使用以太網（Modbus協議）與SMG SCADA系統進行通信。

SMG系統的應用

SMG系統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

·         離網的農村和遠郊地區(qū)

·         電信基站

基于NI平臺開發(fā)系統的優(yōu)勢

使用NI平臺開發(fā)的SMG系統，具有高可靠性和高兼容性，該方案實現了一個優(yōu)化使用分布式能源的平臺，同時可以提高農村電力系統的性能，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。該設備已經成功地委托給Farooq Abdullah博士，他是聯邦的新能源和可再生能源的部長，以及Shri Sushil Kumar Shinde，可敬的聯邦電力部長以及TERI的局長Dr. R.K. Pachauri。