微电网电能质量检测系统开发.pdf
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114收稿日期:
2010-06-06作者简介:
蔡华娟(1984-),女,安徽蚌埠人,硕士研究生,主要从事微电网实验室监控系统方面的研究。
微电网电能质量检测系统开发蔡华娟,梁平(安徽工业大学电气信息学院安徽马鞍山,243002)摘要:
首先介绍了微电网提出的背景和意义,并给出了CERTS提出的微电网结构和我校微电网实验室的结构。
阐述了对微电网进行实时监控的原因,然后介绍组态王软件实现微电网的监控系统。
关键词:
微电网风力发电光伏发电监控系统组态王Abstract:
Firstintroducedthemicro-gridtomentionthebackgroundandsignificance,andgivestheCERTSMicrogridproposedstructuresandourschoollaboratorymicro-gridstructure.Elaboratedonthemicro-powerreal-timemonitoringofthereasons;thenintroducedKingviewsoftwaretoachievemicro-powergridmonitoringsystem.Keywords:
Microgrid;Windpowergeneration;PVpower;Monitoringsystem;Kingview中图分类号:
TP13文献标识码:
A文章编号:
1001-9227(2010)05-0114-040引言人类的生产生活能源主要依靠化石燃料包括石油、天然气、煤炭等天然的、不可再生能源。
由于化石燃料需要经过成千上百万年才能形成,加上人口数量不断增加,化石燃料很快会被消耗尽,人类将面临能源短缺的问题。
电能是清洁实用的二次能源,必须经过一次能源的转换。
太阳能、火、风能、水、潮汐、核能等通过转换可以得到电能。
一方面解决能源短缺,改善能源结构,减轻环境污染;另一方面,风能、太阳能可就地取材、无需运输、无污染,具有很大的优越性,是最有代表性的新能源和可再生能源。
风力发电和光伏发电成为电力行业的研究重点。
基于此,提出了由风能、太阳能、蓄电池和柴油机共同组成的微电网的概念。
为了解掌握微电网的特性及为微电网更好的运行及用电调度打下基础,我校建立了微电网实验室,模拟带有风力发电、光伏发电、蓄电池发电及柴油机发电的组态监控系统。
1微电网的基本概念1-2与结构到目前为止,微电网没有统一的概念。
美国电气可靠性技术解决方案联合会(CERTS-ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions)给出的定义为:
微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统,可同时提供电能和热能;微电网内部电源主要由电力电子器件负责能量转换,并提供必需的控制;微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,并可同时满足用户对电能质量和供电安全的要求。
图1是美国CERTS给出的微电网结构3-7。
图1只是显示了微电网的基本形式,具体结构随负荷等方面的不同而有所不同。
但是微电网的基本单元应包含微电源、蓄能装置、控制装置及负载等,其中大多数微电源与电网接口是基于电力电子的,以保证微电网运行的灵活性。
图2是我校微电网实验室提出的微电网结构。
图1微电网结构图2我校实验室微电网结构2监控的主要内容由于风力、太阳光属于自然现象,有其自身不稳定、不可控的特点,有风力发电、光伏发电、蓄电池发电及柴油机发电组成的分布式发电系统本身也就不稳定、不可微电网电能质量检测系统开发蔡华娟,等自动化与仪器仪表2010年第5期(总第151期)115控,运用传统的历史记录方法对电网进行调度变得不切实际,需要对电网进行实时监控,以及时进行电网的临时调度;及对微电网并网运行时各参数的变化进行监控以便及时采用控制策略。
本实验室要求监控的主要内容:
(1)对于光伏发电部分,需要显示内容如下:
当前光伏阵列电压、工作电流、输入功率、并网电流、并网功率、电网电压、当前发电功率、累计发电功率、24小时内的光伏阵列输出功率曲线、24小时内的并网功率曲线。
(2)对于风力发电部分,需要显示内容如下:
当前风机输出电压、工作电流、输入功率、并网电流、并网功率、电网电压、当前发电功率、累计发电功率、24小时内的光伏阵列输出功率曲线、24小时内的并网功率曲线。
(3)对于蓄电池并网部分:
当前蓄电池组端电压、工作电流、输入功率、并网电流、并网功率、电网电压。
另:
如果检测到蓄电池欠压,闭合开关JK1(如图2);当蓄电池组充满时,可以断开JK1。
3组态过程组态王8是一款运行于Microsoftwindows98/2000/NT/XP全中文的工控组态软件,它具有强大的监控与数据采集、人机图形界面、实时数据处理、实时控制、通信及联网等功能,根据实验室建立的方案,应用组态软件组态王6.53试用版对微电网进行实时的监控。
开发完成一个基于组态王监控软件为平台,由光伏阵列、风机发电组成的微电网的实时监控系统。
3.1微电网系统组态过程采用组态王6.53试用版来实现微电网实验室的监控系统,基本过程有如下几个方面:
建立数学模型;设计图形界面;确定硬件及其通讯;参数构造数据库变量;建立动画连接;运行、调试。
3.2I/O设备及驱动组态王支持的硬件设备包括:
可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表,变频器等等。
工程人员可以把每一台下位机看作一种设备,只需要在组态王的设备库中选择设备的类型,然后按照“设备配置向导”的提示一步步完成安装即可,使驱动程序的配置更加方便。
在本文中,采用研华PCI1713模拟量输入板卡和PCI1762数字量输入输出板卡来采集外部的输入输出量,进一步模拟实验室微电网监控系统。
3.3构建数据库利用组态王SQL访问管理器建立数据库列和组态王变量之间的联系,组态王可以向其他外部ODBC数据库存储数据。
组态王与Access2007数据库的连接:
3.3.1建立数据库打开access2007新建一个名称为“mydb.accdb”数据库,存在“C:
”盘。
3.3.2建立ODBC数据源开始设置控制面板性能和维护管理工具打开“数据源(ODBC)”添加双击“MicrosoftAccessDriver(*.mdb,*.accdb)”填写数据源名“mydb源”选择已经建立好的C盘中的“mydb.accdb”数据库确定。
则数据源已经和数据库进行了关联。
3.3.3在组态王中创建表格
(1)SQL访问管理器表格模板在表格模板中增加字段,这些字段是希望在数据库中显示的,并且字段的顺序和数据库中的顺序一样,可以通过上移和下移来调整字段的顺序。
(2)SQL访问管理器记录体新建“bind”:
在记录体中增加字段并关联变量3.3.4通过组态王向数据库中插入表格应用程序命令语言运行时SQLConnect(DeviceID,dsn=myd源;uid=;pwd=);DeviceID是组态王的内存整型变量;“mydb源”是数据库中数据源的名称。
这样,组态王在运行时,通过ODBC和数据库连接起来。
3.3.5建立新画面
(1)创建一个按钮“创建表格”。
命令语言:
SQLCreateTable(DeviceID,Table1,table);Table1是即将插入到数据库中的表格名称;table是组态王中表格模板的名称。
保存运行,点击按钮,则实现了组态王向数据库中插入表格。
可以通过组态王信息窗口查看是否连接成功。
(2)创建一个按钮“插入数据”:
SQLInsert(DeviceID,table1,bind);这样,在组态王的运行系统中,选择执行按钮,就可以完成组态王和数据库的连接,如图3所示的Access2007数据库表格,同时用户可以通过表格查询设备的历史数据。
图3Access数据库表格3.4报警界面为保证工业现场安全生产,报警和事件的产生和记录是必不可少的。
组态王提供了强有力的报警和事件系统,并且操作方法简单。
报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的界限时,系统自动产生相应警告信息,表明该量的值已经超限,提醒操作人员,同时要求操作人员做出响应。
可以对报警进行存储、查询、打印等等操作。
3.5报表系统数据报表是反应系统工程运行过程中的数据、状态等,并对数据进行记录的一种重要形式,是电力生产过程116中必不可少的一个部分。
它既能反应系统实时发电运行情况,也能对长期的发电量进行统计、分析,使管理人员能够实时掌握和分析电网运行情况。
组态王软件内嵌报表系统,工程人员可以任意设置报表格式,对报表进行组态。
组态王为工程人员提供了丰富的报表函数,实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。
既可以制作实时报表,也可以制作历史报表,还可以制作各种报表模板。
图4是实时报表。
图4实时数据报表3.6人机界面人机界面是工作人员与计算机的交互平台,在系统运行过程中工作人员可以利用人机界面实时的监控现场状况,并可以查询实时和历史数据及报警记录。
本文给出部分监控界面。
图5是监控系统功能结构。
图5监控系统功能结构图3.7OPCOPC是OLEforProcessControl的缩写,即把OLE应用于工业控制领域。
OPC采用客户/服务器模式,为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准,这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。
图6是典型的OPC体系。
图6典型的OPC体系网络OPC通讯过程:
?
DCOM配置在使用网络OPC模式前,需要使用DCOM配置工具对系统进行配置。
运行dcomcnfg“组件服务计算机我的电脑”右键弹“属性”“我的电脑属性”之“COM安全”“访问权限”“启动和激活权限”进行编辑添加“everyone”用户,并将其权限设置为全部允许。
双击“DCOM配置”“DCOM配置”程序列表在“DCOM配置”列表中选中“opcEnum”右击属性。
在“安全性”“自定义”,并分别进行编辑,添加“everyone”用户,并将其权限设置为“允许访问”。
然后在“标识”属性页中选中“交互式用户”?
WindowsXP防火墙配置打开“本地连接”的属性页面,在“高级”Tab中点击“设置”,进入windows防火墙的设置。
在“例外”Tab中。
首先选择“添加端口”,添加名字:
DCOM,端口号:
135,选择TCP,更改范围:
“任何计算机”。
添加程序OPCENUM.exe在“例外”Tab中,选择“添加程序”,然后选择OPCENUM.exe,在系统盘windowssystem32文件夹中。
添加OPCServer到“例外”中在“例外”Tab中,选择“添加程序”,然后选择opcserver所处的位置和程序,如组态王通常安装在C:
Pro-gramFilesKingview下,则选C:
ProgramFilesKingviewtouchvew.exe。
?
客户端通过OPC连接服务器客户端组态王作为OPC客户端,可以通过网络OPC功能与组态王OPC服务器连接。
客户端的操作如下:
(1)定义OPC服务器:
在工程浏览器中,选择“OPC服务器”双击“新建”“查看OPC服务器”“网络节点名”中输入服务器的机器节点名,例如运行组态王的服务器为test,则输入test“查找”,列表中会列出test机器上所有的OPC服务程序,选中kingview.view.1“确认”OPC服务器就定义好了。
(2)客户端定义变量在客户端定义变量与组态王OPC服务器上的变量建立连接。
例如定义test,连接设备中选择刚才定义的OPC服务器“kingivew.view.1,在“寄存器”选项中弹出远程站点上的变量列表,选择相应变量的域。
例如选择“111.value”。
(3)启动客户端运行系统,就实现了组态王通过网络OPC交换数据。
4结束语微电网使用的能源是清洁的可再生源,无污染,而且可以充分利用自然能源。
同时分布式发电对大电网和用户都有很重要的作用,将成为未来电力行业发展的重点。
为了微电网运行稳定和合理调度用电量必须对系统进行实时监控。
微电网电能质量检测系统开发蔡华娟,等自动化与仪器仪表2010年第5期(总第151期)117参考文献1麻敏等.浅谈微电网J.工程技术,2009,15.盛鹍,孔力,齐智平.新型电网-微电网(Microgrid)研究综述J.继电器,2007,35(12):
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/eetd.lbl.gov/EA/EMP/emp-pubs.html.组态王KINGVIEW6.53使用手册.北京亚控科技发展有限公司,2007.2345678(上接第113页)管道系统,提高设备产水能力和超负荷能力,保证设备产水符合国家标准,保证工艺生产使用软化水。
3.1专利产品四通阀该阀门是采用优化设计,选用新型耐腐蚀高分子材料精加工而成的平面四通阀,具有耐腐蚀,加工精度高,设计精巧等优点。
阀门密封采用橡胶与刚性材料结合,增加密封材料强度的同时,保证密封效果。
阀门采用平面设计,它的密封是通过外部压紧,可方便进行调整,可有效防止使用一段时间后,四通阀密封不严等问题。
本阀门采用无压操作,每个工位转换时,程序控制器控制停机10秒,然后电机转动,转换工位,再启动交换器,实现四通阀无压转换,提高四通阀工作的稳定性。
四通阀采用非金属材料,本身就具有防止盐液腐蚀的能力。
因此,四通阀的性能得到了改善。
通过安装新型平面四通阀,优化管道系统,选择新型管道PPR材料和PVC材料,防止盐液对管道的腐蚀。
同时,增加了流量计,对设备的产水能力有量化依据。
3.2微动开关改进选择新型灵敏度高的霍尔元件,安装到合适的位置,并增加了微动开关工作指示,保证微动开关转换准确,指示醒目,方便运行人员观察。
3.3增加液位控制由于软水使用负荷经常变化,从6吨/小时到20吨/小时变化,靠人工调节软水设备的入口阀,控制产水量,这样调整不能很好地保证软化水的使用,也不容易调整到合适的产水量。
而且,还会造成软化水设备出力不够,产生浪费。
因为,我们使用的是时间型软化水设备,是在设定负荷情况下,由时间控制设备产水和还原的。
为改进系统的产水量控制,减少浪费。
我们利用软水箱,增加电接点液位控制系统,在软水使用变化时,通过液位控制开关,自动启停软水交换器,化验人员只需按时取水样进行化验,保证生产出的软水符合国标要求(硬度0.03mmol/L)。
图2如图2所示,设备在高水位时自动停止,保存时间和工位状态,到低水位时,设备自动启动,可有效保证设备还原彻底,不浪费盐液和水资源等。
为了保证软化水的需求,液位控制分低1和低2,保证水箱中有足够的软化水,满足生产需要,防止因软化水设备停止后不能保证软化水使用的情况发生。
4结论通过调试软化水设备,解体核心部件,发现了影响软水系统的根本问题。
四通阀工作的准确性和稳定性,是决定软水交换器工作状况的关键。
引进新型四通阀对系统进行改进,解决了四通阀乱工位、腐蚀、磨损等关键性技术难题。
通过微动开关传感器的改进,增加水位自动控制等,解决了设备工位转换和水位控制等技术问题,使设备的自动化程度有很大提高。
系统正常运行一年,完全实现了软水交换器自动运行,系统工作状况良好,较好地满足了工艺要求。
参考文献1孙本达.火力发电厂水处理实用技术问答M.北京:
中国电力出版社,2006年.李强.水处理技术M.西安:
西安工业出版社,2007年.2
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