基于NI RIO平台的并网储能系统控制器的开发




“FPGA接口的开放性使我们能够为分布式实时闭环控制创建定制和高性能的实时通信链路。”

- 理查德詹宁斯,Xtreme Power

挑战:

创建可扩展的控制系统,以管理兆瓦级的能量存储并提供数字电源管理系统

解:

利用R系列可重配置I/O(RIO)硬件和分布式NI单板设备构建集中式PXI系统,持续测量能源网中的能源和电能质量,并控制电源转换器和存储单元网络管理能量流

Xtreme Power(XP)为独立的电力生产商,输电和配电公司以及商业和工业终端设计,建造,制造和运营称为动态电力资源(DPR)的综合能源存储和电力管理系统。用户提供服务。 DPR系统可以对电力进行时移,并使用快速响应和可配置的数字系统同时为能源市场执行多种辅助服务,包括VAR补偿,提前固定日计划,频率响应和梯度控制/平滑。

DPR由安全高效的XP PowerCell,高性能电力电子设备和可配置控制系统组成,每个系统都根据每个客户各自的电力和能源需求进行调整。我们将所有主要组件集成到一个可用于客户现有或计划基础架构的大型物理系统中。

传输网络的细节可用于理解DPR的作用。在任何时候,流入电网的电量(也称为供电或发电)必须等于流出电网的电量(也称为需求或负荷)。过去,这是通过控制几个大型集中发电厂来管理的。这些发电厂通过调节输出功率来平衡电网的供需。随着新技术包括风力发电和太阳能光伏(PV)在大规模应用中的日益普及,网格方程(实时供应=实时需求)变得更加复杂。风能和太阳能等可再生能源引入了生产变化,以便在非高峰时段或能源需求低时发电。能量存储系统可以作为供需之间的缓冲区,最大限度地发挥可再生能源的潜力,确保无缝输送电能。

此外,能量存储系统可以快速响应电网的变化,以帮助缓解由谐波或感应负载引起的不稳定性,并快速响应需求和生产的不平衡。这些技术支持目前仅由化石燃料生产提供,统称为辅助服务。如果没有这些服务,电网的可靠性就会很差,这些服务的重要性必须体现在更高的市场价值上。安装DPR可以提供这些利润丰厚的服务,这些服务比传统的生产方法更快,响应更快。

为了充分利用兆瓦/兆瓦时储能系统的潜力,我们需要建立一个灵活,快速的控制系统。以下是该系统的各种技术要求:

准确高速测量电网中的三相电压和电流信息

用于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

可从500千瓦扩展到几兆瓦

全球远程数据访问,用于系统诊断和管理

除了满足这些技术要求外,我们还必须在几位工程师的帮助下,在短期内开发和部署我们的控制系统,作为一家创新的小型私营公司。

为了实现这些目标,我们设计了一个分布式储能系统,其中集中测量单元由主控制器和带有远程控制器节点的多个分布式逆变器/电池组成。主控制器端采用NI PXI控制器和多个R系列现场可编程门阵列(FPGA)和扩展C系列模块实现。 PXI系统测量电网能量,运行算法以确定电池组输入和输出的能量流,并将命令发送到分布式节点。它还将操作数据传输到托管服务器,托管服务器将接收到的数据记录在SQL数据库中,以便通过Web服务器进行本地和远程数据访问。 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。通过增加更多逆变器/电池系统,我们可以将设备从500千瓦扩展到几兆瓦。控制系统反映了这种可扩展性,每个逆变器都有一个嵌入式NI Single-Board RIO控制器。 NI Single-Board RIO控制器通过以太网和定制光纤连接与PXI系统进行通信。以太网用户数据报协议(UDP)用于高容量数据命令,而定制光纤连接用于PXI机箱中的FPGA R系列模块与NI Single-Board RIO控制器上的FPGA之间的直接定时通信。 FPGA接口的开放性使我们能够创建这种定制的高性能实时通信链路,实现分布式实时闭环控制。

每个NI单板RIO都连接到一个完整的四象限驱动器,同时传输有功功率(瓦特)和无功功率(伏安响应,或'VAR'),允许DPR同时提供多种服务。当电网中断时,这些电力电子技术可以保持活动状态,允许低电压和零电压通过。驱动器可以在不到15微秒的时间内注册命令,并在不到1毫秒的时间内响应命令。 DPR可以在不到一秒的时间内响应从满额定充电(+ MVA)状态到全额定放电(-MVA)状态的控制信号。 NI Single-Board RIO还集成了电池健康系统,可监控每个电池的充电状态,并运行分布式保护算法来管理电池。

使用NI硬件和LabVIEW系统设计软件,我们只需要一个用于FPGA的集成开发环境和用于PC的实时目标,以实现用户界面和诊断。 NI图形化系统设计方法有助于我们专注于我们的应用程序,而不是纠缠于底层语法和实现细节。凭借高效工具,快速原型设计和重复开发功能,我们的软件投资每年只需要两个人来部署复杂,可靠的系统,如果我们使用ANSI C来实现这一目标,我们估计需要一个10人的团队一年或更长时间。我们使用LabVIEW和NI嵌入式硬件构建了一个功能强大的系统,以满足当今绿色能源的迫切需求。parameters empty









时间:2019-01-17 12:26:27 来源:凤凰平台 作者:匿名