（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61970的分布式发电系统scada设计.pdf

i e c 6 1 9 7 0 一b a s e dd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m ss c a d a d e s i g n a b s t r a c t p h o t o v o l t a i cp o w e ra n dw i n dp o w e ra n do t h e rd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ( d g ) w i t h ac l e a n n o n p o l l u t i n g ，i sak i n do f ”g r e e np o w e r ”a n di sc o m i n gt ob et h ei n e v i t a b l e c h o i c eo f s o l v i n gt h e f u t u r e e n e r g yp r o b l e m t h ed i s t r i b u t i o n a le l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n sa n dt h el o a dc a nb es e e na sac o n t r o l l e ds y s t e m ，f o r m i n gar e g i o n a l m i c r o g r i d s u c hi d e ah a sg r e a t l yp r o m o t e dt h ed e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n a tp r e s e n tm i c r o r i di s r e g a r d e d a st h ef u t u r ed i r e c t i o nf o rt h e d e v e l o p m e n to fp o w e rg r i d sw o r l d w i d e t h er e s e a r c ho nt h eo p t i m i z a t i o nm e t h o do fd i s t r i b u t i o n a lg e n e r a t i o ns y s t e m e n e r g ym a n a g e m e n ti sh e l p f u lt oi m p r o v ee c o n o m ya n dt h ee f f i c i e n c yo ft h es y s t e m ， t or e d u c ec 0 2e m i s s i o n s ，t oi m p r o v et h eo f f e r i n go fc u s t o m m a d ee l e c t r i c a lu t i l i t y s e r v i c e t h i sp a p e rs t u d i e so nt h es c a d ad e s i g no fa n e n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e m ( e m s ) o fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nd e m o n s t r a t i o ns y s t e m sf o rh e f e i u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y t h i sp a p e rh a ss t u d i e dt h es c a d a sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，d i s c u s s e dt h e c o m m u n i c a t i o nt r a n s p o r tp r o t o c o l sa n dt h et r a n s m i s s i o nc o n t e n t ，p r o p o s e dt h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks o l u t i o n t h i sp a p e ra p p l i e dt h ei e c 619 7 0s t a n d a r dt os c a d a d e s i g no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s y s t e m s t h ei e c619 7 0s e r i e ss t a n d a r d i z e dt h ed e f i n i t i o no fe n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m s a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ( e m s a p i ) ，t h u st h ee m sa p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nd e v e l o p e d b yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s ，i n t e g r a t ee m ss y s t e mw h i c hi si n d e p e n d e n t l yd e v e l o p e d ，a s w e l la se m s s y s t e ma n dt h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nr e l a t e de l e c t r i c a lp o w e rs y s t e ma n do t h e r s y s t e m ，v i s i tt h ep u b l i cd a t ao rc a r r yo nt h ee x c h a n g eo fi n f o r m a t i o nt h r o u g ht h ed e f i n i t i o n a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c er a t h e rt h a nr e l yo nt h ei n f o r m a t i o ni n t e r n a li n d i c a t i o nf o r m ， r e a l i z e s p l u g - i n ”o ft h es y s t e mo rt h ea p p l i c a t i o n i e c619 7 0s e r i e so fs t a n d a r d sh a sb e e n t h es t a n d a r df o rt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h et r a d i t i o n a l p o w e rg e n e r a t i o na n d d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m h o w e v e r , t h er e s e a r c ho nd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ne m sh a s j u s te m e r g e d ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yh o wt os u p p o r tt h ei e c619 7 0s t a n d a r d t h i sp a p e r p r o p o s e dt h es c a d as y s t e mb a s e do ni e c 619 7 0o v e r a l lp r o g r a m ，u s i n gc i m c i sd a t a b u s ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ep r i n c i p l eo fl a y e r e dm o d u l a rd e s i g n ，a l o n gw i t ht h ed e s i g no f t h ef u n c t i o n sa n ds o f t w a r em o d u l e so ft h es c a d a s y s t e ma c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c s o fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m t h i sp a p e rh a sa l s os t u d i e ds o m ek e yq u e s t i o n so nt h ef o l l o w i n go ft h e i e c 619 7 0 s t a n d a r d ，t h ed i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns y s t e m s c i mm o d e l i n g p r o b l e m b ys t u d y i n gv a r i o u sd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，u s i n g u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e ，t h ec o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e lo ff u e lc e l l ，w i n dp o w e rg e n e r a t i o n ， p h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o na n de n e r g ys t o r a g es y s t e ma r es e tu p ，t h u se x t e n d t h ec i mo ft h ei e c 619 7 0s t a n d a r d b a s e do na l lt h i s ，t h ec i mf o rac o m p l e t ep o w e r s y s t e mi n c l u d e sd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n i s f o r g e d t h ea p p l i c a t i o no fc i mt o s u p p o r t i n gp l a t f o r mo fs c a d as y s t e m si ss t u d i e d ，t h ep r i n c i p l e s a n dr e q u e s t sa s w e l la st h eme t h o do fd e s i g nf o rp r e c o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e m ，d a t a b a s e s u b s y s t e ma n dg r a p h i c a lm a n a g e m e n tt o o l s o nt h e s u p p o r t i n gp l a t f o r m a r e d i s c u s s e d t h e d e s i g n e d s c a d ah a sb e e n a p p l i e d t od i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n m i c r o - l a b o r a t o r ys y s t e m so f t h eh e f e iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，m i c r g r i d ，s c a d a ，e m s ，i e c 6 1 9 7 0 ，c i m 插图清单 图2 1 i s e t 的微网实验系统5 图2 2 希腊基吉昆岛微网5 图2 3 美国微网示范系统6 图2 4 爱矢1 ( a i c h i ) 示范工程8 图2 5 爱知示范工程中发电图8 图2 6 京都示范工程系统图8 图2 7 青森示范工程系统图9 图2 8r e m c a 示范工程系统图。1 0 图2 9f o r t i s a l b e r t a 并网微网系统1 0 图2 1 0b c 水电系统图。1 0 图2 11 合肥工业大学分布式发电系统( 微网) 结构图1 1 图2 1 2 合肥工业大学分布式发电实验室1 2 图3 1 配套标准所选用的标准条文2 1 图3 2 可变帧长帧和不变帧长帧格式2 2 图3 3 远动配套标准的a p d u 和a p c i 定义2 3 图3 4 与分布式发电系统相关的信息流2 4 图3 5 合肥工业大学分布式发电微网s c d a e m s 系统2 6 图4 1 微网e m s 系统控制层次图2 7 图4 2 基于i e c 6 19 7 0 的一体化设计2 9 图4 3 基于i e c 6 1 9 7 0 的数据通信总线3 0 图4 4 e m s 应用软件3 l 图5 1 p o r d u c t i o n 包中风电场框图3 4 图5 2 g e n e r a t i o n d y n a m i c s 包中风力机框图3 4 图5 3 类w i n d t u r b i n e 属性3 5 图5 4 光伏电场框图3 6 图5 5 燃料电池电站框图3 7 图5 6 蓄电池储能系统模型框图3 8 图5 7 负荷类扩展3 9 图5 8 数据库设备对象层次关系图4 1 图5 9r t u 通信软件各个服务之间相互关系。4 2 图5 1 0r t u 通信软件三层设计4 2 图5 1 1 图形各种接口之间关系4 4 图6 1 前置机通信程序显示的通信报文4 5 图6 2s c a d a 软件长期运行时的c p u 负荷情况4 6 图6 3 s c a d a 系统运行时系统状态图。4 6 表格清单 表2 1 青森( a o m o r i ) 示范工程设备7 表2 2 合肥工业大学分布式发电实验室设备1 1 表5 1 风电场扩展类3 5 表5 2 光伏电场扩展类3 6 表5 3 燃料电池电站扩展类3 7 表5 4 蓄电池储能系统扩展类3 9 表6 1 系统响应时间。4 5 表6 2 基本功能主要的性能要求4 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得金目巴工些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 擗妒左轧 签字嗍叩年 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金旦曼工些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金胆王些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：弓巷气苫礼 签字腓叼年锄口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期： 电话： 邮编： 寻 致谢 本文是在导师丁明教授的悉心指导下完成的。论文从立题、选向、方案确 定到论文的撰写和定稿都凝聚着导师的心血，文章一次又一次的修改直至最后 成型，导师给予了大量的意见、建议和细心的指导。在学习和生活中，导师的 亲切关怀和热情指导，使我受益非浅。同时导师高尚的品格、渊博的学识、敏 锐的思维、严谨的治学态度、对学生的严格要求及豁达的人生观都给我留下了 深刻印象，并将受益终生。在论文完成之际，谨向导师致以最崇高的敬意和最 衷心的感谢! 在研究过程中，得到了茆美琴老师和吴红斌老师对我的帮助和关心，本文 的完成，离不开两位老师平时对我的悉心指导。在此，表示衷心感谢! 在我学习期间，得到了项目组同学的热情帮助，这里我特别感谢郭学风、 张颖媛、严流进同学给我的帮助和支持，在此感谢他们。 在我学习期间，还得到了实验室同学的热情帮助，大家在学习上互相勉励， 在科研上互相支持，在生活上互相帮助，此情此景历历在目，令人难忘，在此 感谢他们。 在研究生的三年中，我的家人和朋友都给与了我无私的关心和支持，论文 的完成与他们的关怀和鼓励密不可分，在此，一并向他们表示最诚挚的谢意! 最后，对在百忙之中抽时间对该论文进行评审的各位专家与学者表示深深 的敬意和谢意。 作者：张征凯 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 分布式发电 1 1 1 分布式发电兴起 能源是人类生存和发展的基础。据预测，全世界石油储量只够开采3 0 , - - - 4 0 年，天 然气约6 0 年，人类经济发展面临着能源危机 1 1 1 2 。同时，石油、煤炭资源的大量使用 产生了日益严重的环境污染问题，使人类的生存受到威胁。能源问题和环境问题成为 制约人类可持续发展的的重大问题，使全世界的目光投向了风能和太阳能这些清洁、 无污染的可再生能源的开发利用上。 近年来的电网大停电事故引起了人们对于传统电力系统发展的思考，尤其2 0 0 3 年“8 1 4 ”美加大停电事故更是给我们敲响了警钟，引起我们对于“大机组大电厂大 系统 这种集中供电模式的反思 3 4 】。随着经济发展、社会进步，人类对于能源的需 求越来越多，对电力安全、可靠运行要求也越来越高，而传统的电力发展面临着不足。 在能源问题、环境保护和经济发展的压力下，促进了“绿色电力研究的兴起。 分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 是相对于传统的集中式供电方式而言，是 指位于或接近负荷的发电功率为数千瓦至几十兆瓦，独立运行或者接在配电网上，经 济、高效、可靠的发电 5 1 1 6 。分布式发电由于采用丰富的可再生能源向用户提供电力， 是“绿色电力，是解决能源危机、环境保护、经济可持续发展的必然选择。分布式 发电是电力系统中一个新兴的研究热点，是未来电网发展的趋势之一。 1 1 2 分布式发电简介 分布式发电是一种通过配网接入的小型容量的发电电源，分布式发电有光伏发电， 风力发电，燃料电池发电，微型燃气轮机发电，生物能发电，地热发电，潮汐发电， 小水电。分布式发电按照所使用的技术可以分为基于化石燃料的发电技术和基于可再 生能源的发电技术，采用化石燃料发电的有柴油机组发电，燃气轮机发电，燃料电池 发电；采用可再生能源发电的有风力发电，风力发电。分布式发电的根据是否与电力 系统相连，分为并网运行和孤岛运行两类。 往复式发电机( s m a l lr e c i p r o c a t i n ge n g i n e s ) 能使用多种燃料发电，功率较大的 发电效率也比较高( 3 0 4 0 ) 。独立运行时就相当于一个由同步发电机的发电厂，因 而能够调节电压和功率。往复式发电机具有技术成熟，成本低，对于微网很是有吸引 力。他的主要缺点是噪音，维护成本大以及排放物污染。排放物和使用的燃料有关， 使用清洁的燃料可以降低排放物的污染。目前使用多的还是柴油，产生的污染比较严 重，主要用于孤岛以及和风光系统的互补发电。 微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的 超小型燃气轮机。满负荷运行时效率可达到3 0 ，实行热电联产，效率可提高到7 5 。 微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。它是 目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式发电电源 7 】。 燃料电池( f u e lc e l l ) 是一种通过电化学的过程直接将存储在燃料和氧化剂中的 化学能转化为电能的装置。燃料电池的燃料可以氢气也可以是天然气、甲烷，燃料电 池发电是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式。燃料电池可按电解质的性质分 为许多类：聚合电解质膜电池( p e m ) 、碱性燃料电池( a f c ) 、磷酸型燃料电池( p a f c ) 、 固体电解质燃料电池( s o f c ) 和熔融碳酸盐燃料电池( m c f c ) ，其中磷酸型燃料电池 最接近商业化，新一代的熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池则被认为最值得 推荐用于电力系统的发电。燃料电池具有发电效率高，响应负荷能力强，噪音低无污 染，安装周期短，安装位置灵活的优点 8 】 9 】。 光伏发电( p h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o n ) 是通过光电效应将太阳能转化为电能的 一种发电方式。太阳能资源丰富，取之不竭用之不尽，是一种可再生能源。光伏发电 具有不消耗燃料，无污染，安全可靠，维护简单，运行费用低等优点，但是目前光伏 发电的转化效率低，发电成本高 1 0 1 1 】。 风力发电( w i n dp o w e rg e n e r a t i o n ) 是将风能转化为电能的发电技术。也是一种 清洁能源。和光伏电池一样，它的输出功率受气象条件影响。目前世界风能发电能力 增长最快，1 0 年内增长了11 倍，年平均增长率为2 9 。美国地球研究所7 月份的调 查报告显示：根据环境组织的统计，2 0 0 5 年全球风能发电能力比上年度增加了2 4 ， 达到5 9 1 0 0 兆瓦，这一数字是1 0 年前的1 2 倍。风能已经成为安全、清洁、价廉的新 能源。 1 1 3 分布式发电的特点 分布式发电具有以下特点： 1 ) 绿色环保，分布式发电采可再生能源发电大大减少了有害物质的排放总量； 此外，大量的就近供电减少了大容量长距离高电压输电线的建设，不仅减少 了高压输电线的电磁污染，还减少了高压输电线的征地面积。 2 ) 高效率，采用冷热电联产方式，实现了能量的梯级利用。 3 ) 可靠性，当大电网大面积停电时，独立运行保证负荷的供电，亦可作为黑启 动电源。 4 ) 经济性，投资少、建设快、运行费用低，可以延缓增建或扩容电力系统设施。 5 ) 辅助服务，为大电网提供削峰、电力平衡、无功补偿、旋转备用以及电压支 持等辅助服务。 6 ) 位置灵活，d g 尺寸小，选址容易。 7 ) 电力电子，需要电力电子设备解决分布式电源、负荷、电网和储能系统间的 能量转换问题。 8 ) 地域供电，独立运行分布式发电系统成为解决边远地区供电的可选方法。 2 1 2 从分布式发电到微网 分布式发电虽然具有很多优点，但是它存在着单机电网接入成本高，控制困难， 对于大电网来说是个不可控源等问题。对于分布式发电一般规定在电力系统发生故障 时，分布式电源必须马上退出运行，以期减少分布式电源对于电网的冲击和影响，这 在一定程度上大大限制了分布式电源优越性的充分发挥。为了协调分布式发电和大电 网以及用户之间的利益，美国c e r t s 提出了微网( m i c r o g r i d ) 的概念 1 2 】。 微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一 个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。在微网中的分布式电源( d i s t r i b u t e d e n e r g ys o u r c e ，d e r ) 可以是以前的分布式发电( d g ) ，可以是分布式储能装置 ( d i s t r i b u t e ds t o r a g e ，d s ) ，还可以是由分布式发电和分布式储能组成的混合单元。分 布式电源接在用户侧，靠近负荷中心，具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网 既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。微网可以满 足用户的一些特定要求，如提供更高质量的电能，降低线损，提高供电可靠性，提供 不问断电源( u p s ) 服务，提供系统黑启动，提高电力市场辅助服务以及通过余热满 足用户热的需求提高供电效率。微网采用大量先进的现代电力电子技术( 如快速的电 力电子开关与先进的变流技术，高效的新型能源以及多样化的储能装置等) ，使分布 式电源组成一个灵活、智能、可控的电网。微网解决了分布式电源的大规模接人问题， 充分发挥了分布式电源的各项优势。目前美国，日本，欧盟都把微网研究做为未来电 力发展的战略目标，制定了微网的发展计划，对其开展大量的研究 1 3 一 2 2 】。 1 3 微网能量管理系统 研究分布式发电系统的能量管理优化方法，有助于提高微网系统运行的经济性， 有助于提高系统的效率，有利于减少c 0 2 的排放量，也有利于提供定制的电能服务。 微网系统中由于分布式电源的多样性，增加了能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n t s y e s t e m ，e m s ) 可调节变量；由于分布式电源具有多种多样的并网接口方式，使微 网的运行控制复杂；由于微网系统中热点联产( c h p ) 、冷热电联产( c c h p ) 的使 用，使能量管理系统不仅有电的约束还有冷热负荷的约束。因此传统的大规模发电机 组的能量管理系统不适合微网能量管理，需要研究新的能量管理方法，并在实际的示 范系统上实时运行验证，从而实现在满足微网运行要求的条件下，实现微网中各个分 布式电源之间能量合理分配和优化运行，实现风能太阳能可再生能源的最大利用，实 现整个系统的运行效率的提高，实现整个系统供电质量和供电可靠性的提高。 1 4 本文的主要研究工作 合肥工业大学分布式发电实验室是“2 11 ”建设项目，在国内第一个建立了分布式 发电实验示范系统。在该实验系统中分布式电源种类有光伏发电，燃料电池发电，蓄 电池，风力模拟发电，火力模拟发电以及水力模拟发电。希望通过对微网系统能量管 3 理优化方法的研究，通过微网示范系统实时运运行，设计开发出一套满足微网安全经 济运行的能量管理系统软件，此课题研究工作已经获得了国家重点基础研究发展计划 ( “9 7 3 ”计划) 项目的资助，本文针对分布式发电e m s 系统的s c a d a 子系统进行 研究，主要工作在以下方面： 1 ) 研究了s c a d a 的通信协议和传输内容，提出了s c a d a 系统通信网络解决 方案。 2 ) 设计了s c a d a 系统，采用基于i e c 6 1 9 7 0 的s c a d a e m s 一体化的设计方法， 既提高了系统的开放性，又提高了软件开发效率。 3 ) 扩展了i e c 6 1 9 7 0 标准的c i m ，研究了i e c 6 1 9 7 0 标准在d g e m s 中的使用， 并且针对d g 的特点对i e c 6 1 9 7 0 标准的c i m 模型进行扩展，建立了统一的 电网模型，满足e m s 的应用需求。 4 ) 开发了s c a d a 系统前置机通信软件，实现了s c a d a 系统的数据实时接收 和发送。 5 ) 研究了基于c i m 模型的商业数据库设计，设计了基于c i m 模型的s q ls e r v e r 2 0 0 5 关系数据库。 6 ) 研究了s c a d a 系统用户图形界面设计，提出了面向c i m 模型的图形设计方 法。 4 第二章合肥工业大学分布式发电示范系统 2 1 国外示范系统介绍 2 1 l 欧洲示范系统 目前欧洲已经初步形成了微网的运行、控制、保护、安全等理论，并建立示范工 程。典型的有德国的i s e t 实验室【23 ( 见图2 。1 ) ，英国的曼彻斯特大学，法国的矿 业大学以及希腊n t u a 。 1 ) 希腊基吉昆岛微网【2 3 】 基吉昆岛( k y t h n o si s l a n d ) 是希腊爱情海上的一个小岛，示范系统安装在一个1 2 ，；的小村庄，有1 0 k w 的光伏发电，普通的5 3 k w h 容量的蓄电池，5 k w 的柴油发电 机，第二个2 k w 的光伏阵列位于控制系统建筑屋顶上。如图2 2 所示。 刚21 i s e t 的微网实验系统 圈2 2 希腊基吉昆岛微网 2 12 美国示范系统 美国c e r t s 最早提出了微网的概念，并且是最权威的一个，美国c e r t s 提出的 微网概念要是基于电力电_ i f 技术，容量小于5 0 0 k w 的小型微电源与负荷构成。以 系统的观点将d g ，负荷看成一个可控制系统，实现微网的并网运行和孤岛运行。提 出了“即插即用”( p l u ga n dp l a y ) 与“对等”( p e e r t o p e e r ) 控制思想和设计理念。 美国的微网工程得到了美国能源部( d e p a n m 翱to fe n e r g y ，d o e ) 和加利福尼亚能源委 员会( c a l i f o r n i ae n e r g yc o m m i s s i o n c e c ) 的高度重视和支持关注于提高可靠性和电 能质量的研究。 1 ) 戚斯康辛大学实验系统1 2 1 1 2 3 】 在壶迪逊的威斯康辛大学建立r 一个实验室规模测试系统，哥伦布俄亥俄州d o l a n 技术巾心还准备建立一个全面的微网示范系统，该系统有三台6 0 k w 的t c c o g e n 微型发 i u 机，有4 个负载( 9 0 k w ，4 5 k v a r ) ，一个2 0 h 的感应电动机，一个1 5 k w 三相谐波 源，以及一个直流负载。实验系统如图2 3 罔23 美国微网示范系统 2 l3 门小示范系统 日本在微网示范j ：程研究方面保持着领先地位，门小政府建立一个宏伟的计划用 来解决国内日益增长得空可再牛能源发展问题。日术新能源与工业技术发展组织( t h e n e we n e r g ya n d i n d u s t r i a lt e c h n o l o g y d e v e l e p m e n t o r g a n i z a t i o n ，n e d o ) 是旧本绩大 的公共研发管理组织，旨在促进先进的工业，环境，和能源节约技术的发展。n e d o 的一个重要目标就是解决分布式可再生能源接入电网的问题。n e d o 涉及微网技术的 示范工程l ：要在青森( a o m o r i ) ，爱知( a i c h i ) ，京甜i ( k y o t o ) 3 个地方。 1 ) 爱知( a i e h i ) 示范工程 2 3 2 5 2 6 】 这个示范工程起初是用于日本2 0 0 5 世界展览会，从2 0 0 4 年1 0 月份运行到2 0 0 5 年9 月，世界胜览会结束后电站搬到名古屋附近的机场，2 0 0 6 年8 月重新运行。该系 统有燃料电池发电，光伏发电和蓄电池储能系统。其中燃料电池为两个功率为2 7 0 k w 和3 0 0 k w 熔融碳酸盐燃料电池( m c f c ) ，一个功率为2 5 k w 的固体氧化物燃料电池 ( s o f c ) ，4 个功率为2 0 0 k w 的磷酸燃料电池( p a f c ) ；光伏电池功率为3 3 0 k w ， 蓄电池容量为5 0 0 k w ，整个系统结构如图2 4 所示。 2 ) 京都( k y o t o ) 示范工程 2 3 2 5 2 6 】 京都示范工程是个“真正的微网”，从2 0 0 5 年1 2 月开始运行。系统中主要设备 是生物发电厂，有5 台8 0 k w 的燃气轮机发电机组成。系统中还有2 5 0 k w 的固体氧 化物燃料电池( s o f c ) ，容量1 0 0 k w 的铅酸蓄电池，两个功率为2 0 k w 和3 0 k w 的 光伏阵列。整个系统的发电量和负荷之间的平衡通过控制系统管理，控制系统一个有 趣的特点是没有采用最新的信息网络系统而是采用农村中广泛使用的传统i s d n 或 a d s l 技术。 3 ) 青森( a o m o r i ) 示范工程 2 3 2 5 2 6 】 青森( a o m o r i ) 示范工程运行于2 0 0 5 年1 0 月，其重要的特点就是微网中能源是由 可再生能源组成。微网通过一条配网线路从垃圾发电厂向市中心输送电力。微网中主 要电源有位于垃圾发电厂的3 台燃气轮机发电机，一个5 0 k w 的光伏阵列，1 0 0 k w 的 蓄电池，一个1 0 t h 的木材燃烧锅炉，一个4 2 1 0 t h 的沼气锅炉，位于初中学校的2 个1 0 k w 的光伏阵列，位于小学学校的2 台8 k w 的小型风力发电机。位于市办公楼 的一个1 0 k w 的光伏阵列，以及2 台2 k w 的小型风力发电机。系统详细的设备见表 2 - 1 。 表2 1 青森( a o m o r i ) 示范工程设备 设备 位置容量 光伏阵列垃圾发电厂 5 0k w ( 总共8 0 k w ) 市办公楼 1 0k w 初级中学 1 0l ( w 幸2 小型风力发电机市办公楼 2 k w 2 ( 总共2 0 k w ) 小学学校 8l 【w 燃气轮机垃圾发电厂 1 7 0 k w ( 总共5 l o k w ) 蓄电池垃圾发电厂 1 0 0 k w ( 总共1 0 0 k w ) 木材燃烧锅炉垃圾发电厂 】0 t h 沼气锅炉垃圾发电厂 4 2t h 7 闭2 4 爱知( a ich 1 ) 示范丁程 l l ； 闰25 爱知示范i 程中发电捌 u d i hn s t w o r k 图26 京都示范工程系统图 雾匍 削2 7 青森示范工程系统l 芏i 2 l4 加拿大示范系统 加拿大对于微网的研究侧重于中压等级的微网，其项目都是通过电力公司，制造 企业，以及相关风投公司合作研究分布式发电综合利用。其微网示范工型有孤岛运行 ( 图2 8 ) 和并网运行( 尉2 9 ，图2 1 0 ) 两种方式1 2 3 1 。 在加拿大对于偏远地区传统的供电都是采用柴油发电机发电，为了节省燃油费 用，开展r 研究采用多种电源供电方式的微网项目，图2 8 是纽芬兰省的r a m e a 岛 上一个项目，她是一个以柴油发电机为主，风力发电一定比例的供电系统。系统的峰 值功率达到12 m w ，安装的风力发电功率为3 9 5 k w ，其在系统中的比例超过3 0 。 图2 9 是加拿大f o r t i s - a l b e r t a 配网系统图中一个2 5 k v 的配网在公共连接点 ( p c c ) 通过6 5 k v 2 5 k v 的变电站连接到6 5 k v 电网。微网中有两个功率为12 6 m w 和25 2 m w 的风电场，一个3 m w 的水力发电厂。该微网系统还准备通过1 3 8 k v 2 5 k v 变电站与1 3 8 k v 电网连接。 图2 1 0 是一个纠划孤岛运行( p l a n n e di s l a n d i n g ) 的系统，系统通过6 9 k v 2 5 k v 变电站给3 条馈线供电，条馈线上有总功率为86 4 m w 的径流式小水电站和峰值为 3 m w 的负荷。孤岛运行时，由小水电站绐相关的馈线供电。 棘拂甜诣触酣一。； 图2 8r e m e a 示范丁程系统圈 幽2 9f o r t isa l b e r t a 并网微网系统 圈2 1 0b c 水电系统图 2 2 合肥工业大学分布式发电示范系统 合肥工业大学分布式发电实验室是“2 1 l ”建设项目，是国内第一个建立的研究分 布式发电的示范系统。实验室里有光伏发电及并网子系统，模拟风力发电及并网子系 铲 统、燃料电池发电及并网子系统、超级电容蓄能发电并网子系统、轻型直流输电系统、 多线路柔性组合高压输电网络模拟子系统、火力发电模拟机组子系统、水力发电模拟 机组子系统、常规蓄电池储能子系统、静止无功补偿器、负荷调控p l c 控制子系统、 气象站子系统、工业视频监控与集中测控子系统、系统仿真与动态模拟实验软件及配 套设备和仪器仪表，完整配备了准工业级分布式发电系统的各实验环节。 分布式发电实验室希望通过对于分布式发电基础问题的研究，建立一个具有物理 系统及其模拟系统和数字系统的微网混合仿真系统，建立个工业化运行的示范系 统，建立一个分布式发电实验，教学，科学研究的基地。 分布式发电实验室具有以下特色： 涵盖了分布式发电研究的热门领域； 实验室电网系统是个可变结构，可以自由设计； 实验室主要设备都是自行研制； 实验室发电系统与配网并网运行； 实验室能满足分布式发电领域的实验教学要求以及博硕士生相关实 验和科研等。 分布式发电实验室设备有光伏发电，风力发电模拟设备，燃料电池发电，蓄电池， 超导储能，轻型直流输电线路，火力发电模拟机组，水力发电模拟机组，模拟负荷， 静止无功补偿器，设备主要参数见表2 2 ，实验室系统结构图见图2 1 2 表2 2 合肥工业大学分布式发电实验室设备 设备 容量 光伏发电 2 0k w 风力发电 1 5k v a 燃料电池发电 5k w 蓄电池 3 0 0 a l l 火力发电模拟机组 1 5k v a 水力发电模拟机组1 5k v a 轻型直流输电线路 1 5k w 图2 1 1 合肥工业大学分布式发电系统( 微网) 结构图 圈21 2 台肥工业大学分布式发电实验室 第三章s c a d a 通信系统的设计 3 1s c a d a 系统的通信技术 s c a d a 通信涉及到主站与子站，子站之间以及子站与终端之间的通信，需要根 据不同区域，不同的技术条件和要求选择不同的通信方式。s c a d a 通信按照通信方 式可以分为有线通信和无线通信，有线通信有光纤，市话网，配电线线载波，双绞线， 音频电缆，无线通信主要有g p r s c d m a ，数字微波，数字电台，无线扩频，宽带无 线等。按照通信用途可以分为专用方式和复用方式，专用方式主要是用于专门的通信， 一般用于对数据要求高的场合如子站内部通信，以及调度远动通道，复用方式主要是 s c a d a 通信网与其他数据业务网络共用一个通信网络，主要用于对数据要求不是很 高的通信，如电能采集，计划报表等。 3 1 1 无线通讯 无线通信系统具有覆盖面广、无需传输线、施工相对容易、施工周期短，能在停 电区域保持通信等特点。 ( 一)g p r s c d m a 通信 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的英文简称，是在现 有的g s m 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。g p r s 与现有的g s m 语音 系统最根本的区别是，g s m 是种电路交换系统，而g p r s 是一种分组交换系统。 因此，g p r s 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶 尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。g p r s 具有以下优点： 1 ) 实时在线，用户随时与网络保持联系。 2 ) 按量计费，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的流量来收取费 用，没有数据流量的传递时不收取费用。 3 ) 快捷登录，一般只需要1 3 秒的时间就能登录至互联网，登陆后实时在线。 4 ) 高速传输，g p r s 采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值能达 1 7 1 2 k b s 。 5 )自如切换，g p r s 还具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优