基于NI RIO平台开发并网型储能系统控制器.docx

基于NIRIO平台开发并网型储能系统控制器gengwt导语：使用R系列可重新配置I/ORIO硬件和分布式NISingle-Board设备构建集中式的PXI系统，连续测量能源电网的电能和电能质量，并通过控制功率转换器和储电单元网络来治理能量流。“FPGA接口开放性的特点帮助我们创立了自定义且高性能的实时通讯链接，进而实现了分布式实时闭环控制。RichardJennings,XtremePower挑战：创立一个可扩展的控制系统来治理兆瓦级规模的能源储存并提供数字电力治理系统解决方案:使用R系列可重新配置I/ORIO硬件和分布式NISingle-Board设备构建集中式的PXI系统，连续测量能源电网的电能和电能质量，并通过控制功率转换器和储电单元网络来治理能量流图1:逆变器机箱内装备嵌入式NISingle-BoardRIO，用于本地控制并通过光纤网络与中央PXI系统进展通讯。XtremePowerXP设计、建造、消费和运营了综合性能源存储和电源治理系统，并称之为动态电力资源DPR，为独立电力消费商、传输和分配公用事业单位以及贸易和工业终端用户提供效劳。DPR系统可以时移电能，并能使用快速响应和可配置的数字系统来同时执行能源市场需求的多个辅助效劳，包括VAR补偿、提早固定日的方案、频率响应和梯度控件/平滑。DPR由平安且高效的XPPowerCells、高性能的电力电子设备和可配置控制系统组成，每个组件的大小都根据每个客户各自的电力和能源需求而设计。我们将所有的主要组件都融入一个大型、实际可用的系统，该系统可与客户现有或者方案的根底设施搭配使用。通过输电网络的细节可以理解DPR的作用。在任何时候，流入电网的电量又称供给或者生成必须即是流出电网的电量又称需求或者负载。过去，这都是由控制几个大型、集中的发电所来治理的。这些发电所通过调节输出功率来平衡电网的供需。随着新技术包括大规模应用的风力发电和太阳能光伏PV的日益普及，电网方程实时供应=实时需求变得更为复杂。风能和太阳能等可再生能源都引入了消费可变性，可以在非顶峰时间或者对能源需求低的时候消费电能。能源储存系统可以合并作为一个供需的缓冲区，最大限度地进步可再生能源的潜力并确保电能的无缝输送。此外，能源储存系统可以快速响应电网的变化，以帮助减轻谐频或者电感负载所引起的不稳定状况，并为需求和产生经过中的不平衡状况提供快速响应。这些技术支持目前只由化石燃料消费提供，并统称为辅助效劳。假如没有这些效劳，电网的可靠性会较差，而这些效劳的重要性必须通过更高的市场价值来表达。安装DPR就可以提供这些利润丰厚的效劳，这相比传统产生方式响应速度更快且排放物更少。为了充分开发兆瓦/兆瓦时规模的能源存储系统的潜力，我们需要建立一个灵敏、快速的控制系统。以下为该系统的各种技术要求：电网内三相电压和电流信息的准确高速测量自动发电机控制的高级算法，包括多个逆变器/电池子系统之间的高速、同步响应从500kW到几兆瓦的可扩展性遍布全球的远程数据访问，用于系统诊断和治理除了知足这些技术要求之外，我们作为一个创新的小型私营公司还曾不得不在短时期内凭借几个工程师之力开发和部署了我们的控制系统。为了实现这些目的，我们设计了一个含有集中测量单元的分布式能源存储系统，测量单元包含一个主控制器和多个装备远程控制器节点的分布式逆变器/电池组。主控制器端是通过NIPXI控制器和多个R系列现场可编程门阵列(FPGA)以及扩展C系列模块实现的。PXI系统测量电网电能，运行算法以确定电池组输入输出的能量流，并向分布式节点发送命令。它还将操纵数据传输至主机托管的效劳器，效劳器将收到的数据记录在SQL数据库中，可以通过Web效劳器进展本地和远程的数据访问。PXI系统发送控制命令，并与分布式逆变器/电池组交换实时数据。通过增加更多的逆变器/电池系统，我们可以将装置规模从500kW扩大至几兆瓦。控制系统反映了这种可扩性并且每个逆变器都有一个嵌入式NISingle-BoardRIO控制器。NISingle-BoardRIO控制器可通过以太网和自定义光纤连接与PXI系统进展通讯。以太网用户数据报协议UDP用于大容量数据命令，而自定义光纤连接用于PXI机箱中FPGAR系列模块和NISingle-BoardRIO控制器上FPGA之间严格时序的直接通讯。FPGA接口开放性的特点，帮助我们创立了这个自定义且高性能实时通讯链接，进而实现了分布式实时闭环控制。每个NISingle-BoardRIO与一个完好的四象限变频器相连，同步传输有功功率瓦和无功功率伏安反响，或VARs，进而使DPR同时提供多种效劳。当电网中断时，这些电力电子技术仍然可以保持活泼，使低电压和零电压得以通过。变频器可在不到15微秒的时间内存放命令，并在不到1毫秒的时间内响应该命令。DPR可以在不到一秒钟的时间内从完全额定充电+MVA状态调整至完全额定放电-MVA状态来响应控制信号。NISingle-BoardRIO还与一个电池安康系统进展集成，该系统用于监控每个电池的充电状态，运行分布式保护算法来治理电池。凭借NI硬件和LabVIEW系统设计软件，对于FPGA和实时目的到用于用户界面和诊断的PC，我们只需使用一个集成开发环境。NI图形化系统设计方法帮助我们专注于我们的应用程序，而不是纠缠于底层的语法和实现细节。凭借高消费率的工具、快速原型设计和重复开发的才能，我们的软件投资只需要两人年工作量就部署完成了复杂、可靠的系统，而假如使用ANSIC完成这些，我们估计需要一个团队10年或者更多的时间。我们凭借LabVIEW和NI嵌入式硬件建立了一个强大的系统，以知足当今绿色能源的迫切需要。图2：XP能量存储系统帮助整合可再生能源，其中包括夏威夷风电场的能量图3：XP能源系统的分布式架构具备可扩展性，通过增加更多的电池/逆变器单元可将规模扩展至多兆瓦/兆瓦时0