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新能源与分布式发电系统中DCS的应用研究

2020-08-17 170 上传者：管理员

摘要：近年来，我国针对新能源领域的发展投入的精力和物力非常巨大，分布式发电技术也随之得到了发展。分布式发电的孤网与并网的运行方式促进了我国电网行业的发展，广泛应用的DCS技术进一步的稳定了电力系统的运行，更好地促进了分布式发电的控制发展。通过DCS技术实现电力调度智能化、信息化，并且经过各种数据模型，将能让DCS在新能源与分布式发电中广泛应用。

关键词：
DCS
分布式发电
新能源
智能控制
电力调度
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1、新能源与分布式发电的发展

随着我国对新能源行业提供大额度的补贴，我国太阳能产业和光伏发电产业的发展得到了较大的推进。光伏发电效率相对来说比较低，节能减排的优势非常显著。另外，我国的风力资源丰富，风能利用效率高，应当被合理地利用起来，还有中国的核电技术起步比较晚，通过对现阶段投产的几个核电站的运营与发展，我国目前的核电设备其主要设备已国产化完毕。

2、微电网与分布式发电的关键

目前，我国电网中存在着很多的分布式发电电站，同时在微电网中也存在着许多储能系统，由于目前储能技术的限制，许多电源的并网都存在着不同的问题，微电网并网后的波动，脱离电网产生的孤岛运行问题都是我国电网调度和控制技术当前需要迫切解决的难题。

在微电网发展过程中，分布式发电技术和微电网兼容大电网方面的技术的最关键的部分。分布式电源大规模并网过程中存在的运行难题，微电网可以通过局部的运行方式来完美解决。同时，微电网不仅是智能配电网的重要组成部分，而且在优化能源效率等方面能够达到智能配电网的效果。微电网不能够将电能输送给用户，在供气、供热、供冷方面能够得到充分的发挥，而且终端能源的利用效率将得到大幅度的提升。随着我国电力技术的需求和国家电网市场的不断完善，微电网提供的辅助服务和参与配电网调度将会得到更加涉及到更大的范围。

3、新能源与分布式发电的问题

新能源接入大电网对外供电，由于新能源的分布及新能源受外界影响很大，风能、太阳能等分布式发电场，随时都在跟随环境的变化，同时随时都可能出现负荷的波动，并脱离电网运行，成为孤网运行，因此，上述电源不仅对独立向负荷供电的要求不能予以满足，而且还不能进行调度。只有借助储能装置或其他电源的联合方式，才能够实现对这些电能的备用和支持。

另外，对于配电网来说，分布式电源并网运行对系统潮流分布产生了转变。在接入分布式电源之后，虽然系统获得双向潮流的功能，但是导致能量优化、保护协调和电压调节三个方面又出现一些问题。现如今，系统发生故障时，部分分布式电源会出现自动退出运行的操作，打破和增加了系统暂态功能的平衡性。对系统的稳定性和安全性产生了一定的影响。而且，很多系统运行人员在通过传统集中式电源调度方式进行管理过程中，不可调度、形式各异和数量繁多的分布式电源加剧了操作的难度，管理的失效必然会加剧分布式电源的故障运行，最终必然会威胁到系统的稳定性和安全性。

4、DCS技术在分布式发电及微电网中的应用

4.1 DCS系统功能

DCS系统的实时采集主要是针对监视点、电站各控制点和各种辅助设备与主要设备的运行参数及运行转台进行的自动事故语音报警、事故故障原因提示、事件顺序记录、越限报警、安全检测。DCS系统能够对其他计算机系统的数据通信予以实现、MIS、地调、梯级的信息管理系统的实现，对断路器等重要设备的切和投操作予以实现，对其他自动控制功能予以实现，以及对发电机的自动顺序启停控制予以实现。

4.2 系统结构配置

通常来说，电站监控系统通常可以分为现地监控层和中控层两部分。电站监控系统主要包含了语音报警设备、UPS不间断电源、以太网交换机、定位卫星对时装置、网络激光打印机和多台操作员工作站等。

4.3 现地控制层配置

在机组实现顺序控制中，LCU屏是核心的单元。通过LCU屏来直接监控和控制现地级机组LCU中的PLC的运行。在整个系统中，它作为一个智能终端，但也可以作为独立的装置单独运行。

5、DCS在新能源及分布式发电系统中的功能

5.1 数据采集与处理

分布式站在运行过程中，DCS系统不仅能够对采集现场的各种实时数据，而且还能够对必要的数据进行预处理，最终在实时数据库中进行一定格式的存储。根据信号性质，DCS系统将记录的数据分为脉冲数字量、开关量、模拟量等进行分类。包括计算和统计信号量值及状态设定工作；实时电量分类和功率计算工作的完成。

5.2 电站运行安全监视

(1）电站在正常运行过程中，LCD系统主要是完成实时监控的任务。（2）参数越复限报警记录。（3）系统时钟详细的对事故的数据和整个过程进行了记录。（4）通过显示的方式来记录故障的实际情况，系统对各个故障信号进行定时扫查。（5）温度趋势分析判断，发电设备温度随时间的容许变化率。（6）定期分析和监控辅助设备的运行状态。（7）开、停机过程监视。（8）通过显示的方式来记录系统出现的各个故障。

5.3 控制与调节

在电站实际运行过程中，DCS系统能够结合给出的控制命令和运行现状，自动的调节和控制预定的操作、自动电压控制计算和发电控制的操作。断路器操作、无功功率调节、有功功率的调节、停机操作、开机操作等都可以通过DCS系统进行自动调节和控制。

5.4 记录及生产管理

在实际运行过程中，DCS系统能够详细的统计各个设备的运行情况，自动将部分信息提醒给操作的工作人员。（见图1)

图1

5.5 数据通信

DCS系统能完成以下的通信任务：（1）与调度中心的通信。（2）系统内部主机与各设备的数据通信。（3）与现场设备的通信。（4）与外界通信，实现远程遥控。

5.6 画面显示

DCS的画面显示功能主要是实现了自动调用画面。通常通过表格、曲线、单线图等方式来对画面进行构建，具有操作简单、刷新速度块、合理构图、稳定清晰等画面显示特点。

5.7 语音报警功能

DCS的语音报警功能主要是提示电站故障或事故以及重要的操作，操作人员能够根据清晰和准确的预警做出响应的操作。

5.8 人机联系

人机接口主要是监控全厂生产过程和运行人员的安全，维修人员必须定期开发、维修和管理监控系统。

5.9 自检和自启动

自检和自启动的功能主要是自动检测过道故障、自动处理超时的软件任务和机组自检。主机发生故障之后，DCS会自动切换备用主机进行控制。在主机出现软件超时故障时，DCS能够自动启动部分故障功能软件的功能。

5.10 软件开发功能

开发维护人员在工程师工作站的操作主要是通过相关的口令来实现，系统无论是离线情况还是在线情况都能够便捷的进行修改、调试、编辑等指令，在不影响主机的在线运行的前提下完成操作的更改。

5.11 自动处理电厂事故

自动处理电厂事故的功能是必须在事故发生后，第一时间对判断事故进行正确判断，快速采取相应的措施，实现自动快速处理事故的目的，保障工程安全的运行。

5.12 实现远程监控

远程监控主要是远程操作和监盘，具备远程自动发电控制功能、停机和开机的功能；开关站设备监控。

6、分布式发电与微电网的保护技术

将分布式电源配入到原有的配电网络中，必然会改变原有的故障。配入的分布式电源的种类和数量决定了故障水平的高低。所以说，电力系统安全稳定运行方面涉及的继电保护问题是未来需要进一步解决的难题，保护装置的省级和断路器容量的提升这两个方面都是迫切需要改进的问题。

7、结束语

随着我国智能技术、电网技术等分布式控制系统技术的发展，分布式发电和新能源得到了较大的发展空间，分布式控制系统技术实现了更好地控制微电网的目的，大大减少了新能源并网、脱网运行时对电网的冲击，使大电网更加稳定，同时DCS技术在新能源及分布式发电技术中的应用，减少了能源传输的损耗，提升了电能质量，伴随着AI技术、云计算技术，使未来DCS系统中更加智能化，实现更加便捷处理故障的目的，分布式发电和新能源在未来必然获得更好的发展趋势。

参考文献：

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