1、研究背景

我国在“十二五”规划以及“十三五”规划中，都明确提出重点大力发展风能、光能、储能、水能等“新型绿色能源”系统，以减轻或解决传统能源带来的日益严重的资源枯竭和环境问题。随着储能技术的发展，改善了风电、光电的输电电能质量，使得风力发电、光伏发电等新能源可实现一定规模并网运行。用储能技术将风力发电、光伏发电统一结合在一起而构成的多元化电站系统称之为风光储一体化电站，目前，其规模与传统电站相比多数属于微电站系统。相比单一型的电站，风光储一体化电站具有风电、光电、蓄电池储电多种电源输电的互补优势，可以灵活控制发电模式，从而实现电能优化配置。

诸如环渤海、长三角、珠三角经济发达地区，随着社会经济跨越式发展，电力供应不足突显，用电高峰期拉闸限电、错峰用电等影响了许多中小型企业的发展。用电负荷的多样化促使对电能质量的指标不断提高和完善。2012年开始在深圳由广东省电机工程学会低压直流电源专业委员组织，多家单位联合建立了3MWh的风光储一体化储能电站示范工程基地，一期已经试运行。其中电能检测是一体化电站的重要环节，是及时发现和评价电能质量问题重要手段，是评价电站节能减排，实现电站智能化的重要体现。针对这样新型复杂多元发电站系统，对电能的在线检测布局与功能实现提出新的要求与挑战。为此，设计了一套基于电能质量分析的在线智能监测与计量系统(以下简称“监测系统”)，为风光储一体化电站的电能质量、基于谐波分析电能计量、节能减排以及相关发电系统优化改造提供数据支持。

2、主要研究内容

1.1 风光储一体化电站的拓扑结构

风光储一体化电站的拓扑结构如图1所示。



图1中风光储一体化电站由以下6大单元组成。发电系统：包括风能、太阳能光伏绿色能源发电系统和辅助柴油发电系统;能量转换系统：包括逆变器系统、PCS等;蓄电池储能系统，包括多种材质的蓄电池组，如铅炭、锂电、胶体、铅酸等;配电系统：包括配电、自动切换设备等;输电系统：包括无功补偿，变压器，低压、高压开关设备等;智能电能监控系统，包括数据采集、计算存储、电量统计，智能检测控制等。

1.2 监测系统

1.2.1 监测系统结构

监测系统的组成如图2所示。


图2中，检测系统分为现场监测部分和远程监控部分。现场监测部分：包括监测机组(包括电压，电流传感器)和通信路由设备;远程监控：包括数据库服务器、管理员主控PC机、局域网用户终端、以及以太网用户终端。风光储一体化电站的混合多元结构，决定了在线电能质量监测系统的系统线路结构。

1.2.2 监测系统硬件软件设计

电能质量分析需要处理很多复杂的算法，比如谐波、简谐波分析算法，闪变的分析算法，都十分复杂，运算量大，同时还有界面显示等任务。单核处理不能够满足这样的要求。

基于这个特点，现场监测主机的核心硬件系统采用嵌入式“CPU(ARM)+DSP”的双核主从架构技术。

现场主机嵌入式软件采用底层、中间层、应用层的3层构架。底层主要包含双核的初始化，硬件设备的驱动程序，多任务的消息调度等;中间层主要包含各种接口程序，通信协议等;应用层主要包含人机界面程序，数据管理程序，设备参数管理，采样测量管理，DSP代码通信管理等。嵌入式程序代码均使用C语言编写。该3层构架简洁，逻辑合理，各层任务清晰，使得的整个软件系统代码具有很强的执行能力。

3、后续研究内容

目前，随着风光储一体化电站的初步验收，在线监测系统也随之投入运行。示范工程初期的设备都是多家单位联合提供，逆变器、PCS都是单独控制，因此后续工作中各设备在相互协调运作、实现统一标准配置和控制的空间还很大，能实现监控系统数据来源直接从各设备读取，各设备发电、储能运行的模式控制，无功、谐波控制，由监控系统统一调度，使得在线监测系统更加智能化，控制功能更加完善饱满;在系统的通信模式方面也可以采用无线，WIFI等模式，通过云服务器技术，传输管理数据，轻松在Android手持设备上浏览监测数据。

原标题：技术 | 风光储一体化电站智能电能监测与计量系统