圖1.MEMS數據接口方塊圖

 

    "在處理矩陣計算時，LabVIEW提供了編程工具更方便地編寫功率係統應用程序，從而節省編程時間。"

- Gooi Hoay Beng, 南洋工科大學

挑戰:
    隨著化石燃料的耗盡和全球能源需求的不斷增加,womenxuyaotansuokechixudenengyuan
，bingyouxiaojinxingguanli。xinjiapomeiyouziranziyuan，yincixuyaozaijishushangjiadatouruyitigaogonggeixitongxiaolvcongermanzuqinengyuanxuqiu。

解決方案:
    我們使用NI LabVIEW和NI數據采集設備開發低成本微網功率管理係統（MEMS）。ICT
、智能儀表和高級優化應用程序被用於MEMS中，管理我們的LV分布式係統，作為整合可再生能源的平台。

作者:
Cheah Peng Huat - 南洋工科大學
Siow Lip Kian - 南洋工科大學
Liang Hong Zhu - 南洋工科大學
Vo Quoc Nguyen - 南洋工科大學
Nguyen Dinh Duc - 南洋工科大學
Gooi Hoay Beng - 南洋工科大學

    新加坡南洋理工大學（NTU）電子工程學院（EEE）的清潔能源研究實驗室的學生（LaCER）開發出了一套微網係統原型。它包含例如太陽能PV、風力渦輪、燃料電池和電池庫等能源。整個微網用基於網頁的MEMS服務器係統控製。MEMS負責控製並監視能源管理的不同方麵。

    我們開發了軟件程序管理采集到的傳感信息，完成負載控製器和發電分配。圖1顯示了數據庫和不同軟件模塊之間的界麵示意圖。例如高級傳感和通信係統、負載預測（LF）、機組組合（UC）、狀態估計（SE）和最優功率流（OPF）等模塊都是使用LabVIEW開發的。

    在微網中，傳感和控製設備的集成和交互是一個挑戰，因為它涉及不同通信協議，例如RS-232串行通信
、RS422-/485 modbus通信等。為了解決這個問題，我們建議將所有信息轉換為一個標準協議
，即以太網通信協議或通常稱為TCP/IP協議。這個轉換可以通過使用通信協議轉換器方便而經濟地完成。

    在MEMS服務器和功率傳感器以及其他例如斷路器
、可編程交流電源和PLC等其他控製設備之間傳感和通信是我們的主要設計任務。在整個微網網絡中安裝了32個支持Modbus協議的功率傳感器單元，用於例如電壓、電流
、有功功率
、無功功率和斷路器狀態的能量監視測量。為了在MEMS服務器和所有功率傳感器之間部署經濟的的解決方案，這些傳感器被分成四組
，每組包含八個傳感器單元。每組最終連接到RS-485到TCP/IP轉換器，將Modbus協議轉換為運行在以太網LAN網絡商的Modbus TCP協議。為每個傳感器配置一個唯一的IP地址，每組功率傳感器都配置一個相應的ID。

    通過輸入功率傳感器的IP地址

、傳感器ID和寄存器地址
，我們使用LabVIEW DSC模塊提取功率測量值。用戶無需定義確切的modbus消息提取信息，因此為用戶節省了寶貴的時間。所有功率測量值都被發送到LabVIEW的全局變量中，如圖2在主要圖形界麵中顯示，用於監視。除此以外，還可以通過全局變量在其他應用程序中使用。相同的方法還用於PLC控製微網中的斷路器。

    使用可編程交流源主要用於測試獨立微網。為了與功率源通信
，我們使用LabVIEW中的TCP協議函數模塊。用戶隻需要輸入功率源的IP地址，無需任何繁瑣的程序代碼就可以對功率源進行監視和控製。

    負載預測的目標是提前15分(fen)鍾(zhong)預(yu)測(ce)總(zong)用(yong)戶(hu)負(fu)載(zai)。它(ta)對(dui)於(yu)有(you)效(xiao)的(de)市(shi)場(chang)運(yun)作(zuo)以(yi)及(ji)微(wei)網(wang)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)計(ji)劃(hua)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)影(ying)響(xiang)。精(jing)確(que)的(de)預(yu)測(ce)數(shu)值(zhi)能(neng)夠(gou)節(jie)省(sheng)能(neng)源(yuan)並(bing)且(qie)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)運(yun)作(zuo)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。

預測方法是基於人工神經網絡（ANN）的。LabVIEW用於開發如圖3所示的神經網絡。為了提高LF算法性能，增加了特殊解決方案：

・                                 數據采集――用於檢測錯誤和異常數據，在用於訓練之前刪除或調整。

・                                 早期停止――加速收斂並防止訓練數據過度擬合。

・                                 異常日期規劃――檢測負載規劃異常的日期，並將它們從訓練中去除，從  而不會破壞負載模型。用戶能夠從GUI中更新異常日期。

・                                 相關性和線性回歸分析――通過使用直線找出輸入和目標數據的線性關係。

    曆史負載數據是從NTU的Wee Kim Wee通信與信息大樓使用NI數據采集設備 NI USB-6215 采集的。這些數據使用LabVIEW處理並存儲在數據庫中。為了采集這些每日負載數據（即分布式網格的負載電壓和電流），我們將數據采集設備的模擬輸入通過降電壓變壓器連接到大樓的分布式網格中，以及電流電壓變換器分別獲取電壓和電流數據。

    LF算法已經成功整合到MEMS的UC中。實現的預測係統能夠以令人滿意的精度可靠地進行預測。

    機組組合（UC）軟件模塊是MEMSdezhuyaozuchengzhiyi。zhegeruanjianmokuaijiyuyucexuqiu，nenggouxiezhuweiwangzhaodaozuiyougonglvshengchengjihua
，zaiweiwangdulideqingkuangxia
，jiangzongcaozuochengbenjiangzhizuixiao，huoshizaiweiwanglianjiedaozhudianwangshi，jiangzongshouyizuidahua。zaiyouhuaguochengwanchenghou，baohankaiguanzhuangtaidejieguohefadianyuandefenpeikW數將會送到MEMS的最優功率流（OPF）模塊進行處理。UC是功率係統管理中最為複雜的優化問題。通過使用LabVIEW的MATLAB腳本函數，軟件能夠在幾秒內確定包含多個約束和數百個變量的優化解決方案。UC的主要用戶界麵如圖5所示。

軟件模塊包含以下特性：

・                                 通過使用LabVIEW的MATLAB腳本函數


，可以在幾秒內解決複雜的UC問題。

・                                 使用LabVIEW建立的圖形界麵

，用戶能夠方便地點擊鼠標用默認設置或定製設置運行UC優化。

・                                 通過運行LabVIEW的實時抓取函數，軟件可以在用戶定製的自動開始時間自動執行。

・                                 在優化完成後，結果將自動保存到服務器係統中用戶指定的路徑，並且同時發送到MEMS的OPF中。

    狀態估計是MEMS實時函數，它使用SCADA采集的測量
、斷路器狀態和電壓調節器位置驗證並估計功率係統的總線電壓。估計的總線電壓幅值和電壓相位角被認為是係統的可靠狀態，作為OPF的一個輸入，其處理後的總線負載數值作為負載預測的輸入。

    狀態估計器包含三個子函數，它們是用Matlab編程語言在LabVIEW平台上編寫的。.

    在zai編bian寫xie狀zhuang態tai估gu計ji器qi時shi，確que保bao它ta能neng夠gou運yun行xing在zai任ren何he功gong率lv網wang絡luo是shi一yi個ge挑tiao戰zhan。因yin此ci使shi用yong腳jiao本ben模mo塊kuai是shi描miao述shu複fu雜za算suan法fa時shi提ti高gao靈ling活huo性xing的de一yi個ge方fang法fa。每mei個ge子zi函han數shu都dou使shi用yongLabVIEW中的腳本模塊實現。輸入和輸出（一維和二維）創建用於將數據從腳本模塊傳送到其他或前麵板用於顯示結果。還使用反饋節點作為錯誤數據檢測與判斷的過濾器。

    處理是基於矩陣計算的，LabVIEW提供了編程工具更方便地編寫功率係統應用程序，因此它能夠為程序員節省時間。

    狀態估計函數，與其它MEMS函數一起，已在NTU清潔能源研究實驗室的微型網格硬件裝置上做了成功演示。狀態估計器的主要用戶圖形界麵如圖6所示。

    最優功率流（OPF）是MEMS的在線函數之一。OPFdemubiaoshizhaochugeidinggonglvxitongwangluodezuiyoushezhi，jiangliruzongfadianchengbenhuoxitongsunshidengxitongmubiaohanshujinxingyouhua，tongshimanzuqigonglvliufangchengheliruzongxiandianyayueshu、分支流限製和發電源容量限製等設備操作限製。OPF的輸入包含SE定義的網絡配置和負載信息，作為輸出結果，OPF將給出以下推薦數值

・                                 源有功/無功功率輸出

・                                 負載下的調壓變壓器比例

    這些參數將送到CB控製器、逆變控製器
、發電控製器和負載調壓控製器，從而確保係統運行在更為經濟有效的模式。