基于组态的微电网监控系统设计

摘要：微电网监控系统是采用设计思路以及多项新标准、新技术，使用组态软件设计监控界面，主要针对太阳能、风力发电系统开发的监控系统，涵盖了数据采集与控制、智能分析诊断、统计报表、曲线棒图分析等应用功能。

关键词：微电网;监控;数据分析

中图分类号：TM76    文献标识码：A       文章编号：1007-9416（2020）06-0000-00

0引言

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。在电网难以覆盖的偏远地区或分布式电源渗透率较高的局部地区，采用微电网的方式，经研究能有效提高配电网对分布式能源的接纳能力，从而解决了偏远地区或海岛的供电问题。近年来，太阳能和风能发电成本大幅下降，目前全球有一定数量的微电网正在运行，着眼于当下环境保护和能源枯竭的双重壓力，微电网技术应用将会有着良好的前景。

本文设计了一种微电网智能监控系统，采用自动化通讯及数据采集技术，结合先进的力控上位机监控软件，设计出包含光伏、风电、储能、负荷等微电网系统内部的所有现场设备终端及数据采集系统，实现电压、电流、有功等数据分析处理、能量调度与管理、智能保护、本地监控等功能，实现对微电网系统的智能化管理。

1控制系统总体框图

在如图1所示的微电网控制系统框图中，在微电网执行层，先将分布发电单元光伏太阳能和风力发电模块发出的电能输送汇聚至直流母线;然后在微电网协调层通过逆变器升压逆变后，与大电网并网输送电能[1];最后到达微电网管理层，系统中的各微源都受管理层的调度，根据优先级设置三级负载，运行过程中通过数据分析切除非重要负载，确保重要负载的供电运行[2]。当大电网突发故障，依靠蓄电池、风机和光伏板等分布式发电模块，支持微电网系统脱离主电网孤岛运行，实现在并网和孤岛两种运行模式间平滑切换。

2系统控制功能的设计

根据整体设计要求，本设计分为现场控制与监测控制两大模块，其中现场控制包含电压、电流测量、数据分析处理中央控制以及现场状态指示三个部分，监测控制包含实时数据显示、报表生成、数据分析、报警等部分。系统通过不同检测电路输入的电源电压和电流数值，传送到核心控制单片机，单片机将接收到的数据进行比较后，按预设命令对现场设备发出动作指令，并通过现场的指示灯进行状态指示与提醒。

2.1电流电压采样处理芯片

电流和电压的测量，在本设计中选用了具有高速电能计算功能和高度集成的电能有效值转换芯片——CS5460A。其内部包含两个用于测量电量数据的累加式AD转换器，一个用于和单片机进行数据读写的串行接口，是目前大量使用的主流芯片。

2.2风光并网运行系统设计

在如图2所示的风光并网运行系统中，风光电能通过DC/DC模块和DC/AC变换器进行并网运行的同时，在另一条支路中给备用蓄电池充电，蓄电池电量满值后，系统切断风光发电机与电池的连接。当主电网突发故障需进行孤岛运行时，优先选择接通发电机逆变供电，若风光电能无法保证，则由蓄电池逆变供电。

对于一个并网发电系统来说，重要的组成部分是由如图3所示单片机主控制器、采样与检测电路、驱动电路等构成的并网逆变系统。在此系统中，由主控制器发出指令通过DC/DC环节，跟踪风光电能的最大功率点;同时通过DC/AC，在使直流母线电压稳定，最终将电能转化为220V/50Hz与电网的相电压同频同相正弦交流电。

3系统监控功能的设计

本系统采用工业组态软件进行上位机终端的监控功能的设计，将显示现场发送过来的电压、电流、有功无功等实时数据，根据需求绘制成曲线或表格，并能同步显示现场运行信息。当出现报警信息时，系统通过数据分析会对现场发出更改状态的动作命令，对整个现场的运行情况进行全面实时监视与远程操控。

监控系统能对现场风速、温度、光照度等环境因素进行实时监测与数值显示。同时也能实时监测现场电压、电流以及蓄电池电压与温度等信息，并根据预先设定可绘制出如图4所示日发电量与日输入电能实时曲线、直流侧输入数据与电流实时曲线、交流侧输入数据与电流实时曲线，以及其他一些电能参数。这些详细的系统运行数据、曲线能够给现场逆变器的正常运行提供实时、有效的参考与分析。同时监控系统还具有月、年发电量显示与比较的棒图，并能通过公式计算出每月二氧化碳、二氧化硫减排数值，如图5所示，这些数据对节能减排和实现能源可持续发展具有参考价值。

5小结与展望

在环境污染日益严重的今日，太阳能、风能作为无污染、可再生的清洁能源，是二十一世纪能源发展的方向，又因其使用的灵活性与经济性，在各行各业中愈受青睐。随着新能源技术的发展，以及分布式发电技术水平的提高，智能微电网技术开始进入人们的视线，它代表了未来分布式电力能源供应系统的发展趋势，是未来智能配用电系统的重要组成部分，值得我们进一步探究。

参考文献

[1] 黄业川，龙有炼，李培锋，等.智能微电网监控系统[J].电气技术，2015（10）：76-79.

[2] 黄小红，程鹏志，白兆海，等.分布式光储微电网设计及应用研究[J].新材料产业，2016（9）：54-58.

[3] 王志强.并网型光伏发电系统的研究[D].淮南：安徽理工大学，2016.

收稿日期：2020-03-02

作者简介：顾群（1977—），女，江苏姜堰人，本科，副教授，研究方向：电子与通讯。