PLC在微网能量管理系统中的应用

1 引言

随着国家智能电网相关政策的试行，可再生能源的开发利用及分布式供电已渐渐成为燎原之势，即将进入快速发展阶段。为保障分布式发电这一新的发电方式可靠运行、高效利用、最优化配置，对微网系统的深入研究至关重要。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。既可以与配电网并网运行，也可以与配电网断开孤立运行。

本文阐述的微网能量管理系统的研究工作目标是通过开展微网能量管理系统及其应用方案的研究，摸索微网各种分布式发电的特性，寻找最优化微网能量分布策略，为智能电网建设计划提供有力的技术支持。本文的研究内容主要包括微网能量管理系统的组成、微网能量优化控制策略等。

2 系统构架

微网是中国发展可再生能源的有效形式。一方面，充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构、保护环境、开发西部、解决农村用电及边远地区用电、进行生态建设等具有十分重要的意义。另一方面，中国的可再生能源的发展潜力巨大。

微网在提高中国电网供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。在大电网的脆弱性日益凸显的情况下，将地理位置接近的重要负荷组成微电网，设计合适的电路结构和控制，为这些负荷提供优质、可靠的电力。

微网引入后，配电网的辐射状网架结构将改变，线路的潮流可以双向流通。而且微电源大部分是通过逆变器接入的，大量的电力电子设备的引入，将使短路电流受到限制，通常不超过额定电流的2倍。而且微网可以在和配电网并网运行也可以孤网运行，因此如何在两种工况下都能对微网内部故障做出响应以及在并网的情况下快速感知大电网故障，同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，是微网保护的关键和难点。

微网灵活的运行方式和高质量的供电服务需要有完善与稳定的控制系统。微网的控制应该基于本地的信息对电网中的事件做出自主反应，例如，对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动跳转到独立运行方式，而不是像传统方式中有电网调度统一协调。

微网能量管理系统主要是对微网系统内分布式电源、负荷、微网系统的执行元件、智能电表等设备的实时数据采集和控制，针对微网能量管理系统的组成、设备特性、通信方式等，可以根据不同构成形式灵活配置功能。本文基于现代先进的控制思想，采用以和利时PLC为主的集中与分散相结合的计算机控制系统，它集成了当代计算机技术、高性能控制器及智能化仪表的各自特点于一身，使其在微网系统的运行管理方面发挥了巨大的作用。

在本文所介绍的系统中，由可编程序控制器（PLC）、智能电表、微网系统的执行元件等组成检测控制系统——现场控制站，以控制分区为对象，具有独立的区域监控能力，能接受中央控制的调控，但不依赖中央控制的存在，对微网系统各部分进行分散控制；再由中央控制室，对整个系统实行集中管理。现场控制站根据微网系统所在构筑物的平面分布，设置在控制对象和信号源相对集中的区域。

监控系统网络采用客户/服务器模式，光纤网，客户/服务器(Client/Server)模式的分布式实时关系数据库，100Mbps传输速率，全双工通信，网络传输介质有光缆、通讯串口电缆，主网络系统布线、子网络系统布线统一考虑、综合利用，配置网络操作系统及相关应用软件。

图2-1 监控系统结构图

各现场控制站的现场集中监控部分——和利时LK系列PLC与中央控制室之间由工业以太网进行数据通信，通讯介质为光缆，通讯采用MODBUS TCP标准协议，其中LK系列PLC作从站，操作员站电脑作主站；现场控制站的集中监控部分与远程分散监控部分——和利时LM系列PLC之间也由工业以太网进行数据通信，通讯介质为双绞线或光缆（视距离远近而定），通讯也采用MODBUS TCP标准协议，其中LK系列PLC作主站，LM系列PLC作从站；现场控制站的远程分散监控部分与现场检测电表进行数据通讯，通讯介质为RS-485串口通讯线，通讯采用MODBUS RTU标准协议，其中LM系列PLC作主站，智能仪表作从站；另外PLC与微网系统的执行元件单元采用24VDC电压数字信号及标准4~20mA模拟信号通讯，通讯介质为控制电缆及信号电缆；中央控制室中的操作员站与电网管理中心再通过电力骨干网进行通讯，将现场采集到的数据信息存放到中央数据库中CONTROL ENGINEERING China版权所有，以供备份和分析使用。测量仪表是具有微处理器的智能设备。

系统结构图如图2-1所示。

3 设计方案

PLC监控系统在微网能量管理系统中起到了至关重要