基于web的控制混合风力发电系统scada监控外文翻译资料

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于web的控制混合风力发电系统scada监控

Aryuanto Soetedjo*, Yusuf Ismail Nakhoda, Abraham Lomi, Farhan

电子工程系，美国国家理工学院，Malang，印度尼西亚的作者，电子邮件:aryuanto@gmail.com

摘要

本文介绍了一种基于混合风力发电系统的网络scada的实现方法。通过网络浏览器远程监控一些相关的数据，比如电流、电压、功率和环境参数，风速、太阳辐射和光伏温度等。SCADA系统允许用户远程控制混合动力系统，为了实现SCADA系统，开发了低成本的传感器系统、RTUs和PLC，这些几个系统合在一起的SCADA作为网络SCADA软件。它为开发基于web的SCADA应用程序提供了一种简单的方法。实验结果表明，该网络scada在监控和控制混合动力系统中起着良好的作用，开发的传感器系统平均误差为2.87%，开发的RTUs能够获得传感器数据，并实时与SCADA服务器通信。

关键词:网络scada，混合动力系统，RTU，PLC，集成电路，传感器

1.介绍

近几年来随着可再生能源资源的发展趋势显著的增加，一种混合了多种可再生资源的混合技术成为了一种普遍趋势，例如混合风能太阳能系统，但是这种性质的混合动力系统通常位于农村地区。为了远程控制和监控他们，使用SCADA(监视控制和数据采集)系统。SCADA系统可以监控混合动力系统的实时电力数据测量，包括风力涡轮机、太阳能模块和电池的数据，测量数据被传输到基于web的远程监控中心。在近年来，SCADA系统被用于能量流的管理。调查显示，SCADA系统提供了一个有效的决策——管理可再生能源(风能、太阳能和水力发电)的方案。

在可再生能源中使用SCADA系统的另一种方法是用于监测风力发电机和太阳跟踪系统。在近几年来，SCADA系统是用于收集风力涡轮机的信息如齿轮箱，叶片，电力系统等。然后分析收集到的SCADA数据，以便对风的早期预警进行分析，然后得出相应的结果。在近几年来年，一个智能太阳跟踪器被提议对太阳能进行优化。在这个系统中，太阳跟踪的实际功率和位置受到SCADA监控系统的监控。
在本文中，SCADA用于监控和控制混合电力系统。与现有的系统相比，我们的系统可以监控电力和环境参数。此外，还可以使用基于web的SCADA来允许用户通过互联网监控和控制系统。这项工作扩展了我们之前的工作混合动力装置采用软件进行模拟。

其它的章节内容是按照下面的方式组织起来的。第2节主要描述了提议的体系结构Web-SCADA系统。第3节主要介绍了web scada系统的设计。第4节主要描述了总体的实验结果。第5节主要是对本文的一个总结。

2.系统架构

SCADA系统的架构如图1所示，一个基于web的SCADA软件(集成)被作为SCADA web服务器使用。服务器连接到RTU(远程终端单元)和PLC(可编程逻辑控制器)，用于显示关于混合风力发电系统的信息。服务器连接到因特网，所以用户可以使用标准的web浏览器来访问它们。

在混合动力系统内部里面使用串行通信，局域网的服务器还能连接到RTU和PLC。RTU和PLC是现场设备从传感器读取数据并将指令发送给执行机构。但是如何通过RTU和PLC传感器系统来执行相关的操作，比如收集信息和操作设备将在下一节讲。

SCADA的硬件配置如图2所示。在所示的图中，混合动力系统由风力、太阳能板和电池储存这几部分组成。在本系统采用直流总线dc-bus方法，将所有的能源资源和负荷联系起来。控制混合动力系统的方案是将电力资源、电池和负载从直流母线连接到一起，以便优化能源供应。从直流总线dc-bus的一个PLC提供信号控制，比如连接/断开电源。该PLC使用LAN（局域网）连接到SCADA服务器(本地区域网络)。

图1. SCADA 架构

两个连接到SCADA服务器的RTUs，是用于读取传感器的数据。两个RTUs都使用rs-485串行通信与服务器进行通信，在这个过程中使用了两种传感器。一种是收集环境参数的传感器;另一种是用于收集电子参数的传感器。第一种传感器主要是监测的环境参数，这些参数分别是太阳能辐射、光伏模块、风速和风向。第二种传感器主要是监测的电气参数，这些电气参数分别是电压和电流、太阳能系统的电压和电流、直流母线电压和电流、电池电压和电流，以及负载的电压和电流。

图2 SCADA系统的硬件配置

3.SCADA 设计

3.1 硬件设计

网络scada的目的在于控制和监控小型混合动力系统，而该系统是由印度尼西亚的国家技术研究所的电力工程部门开发的。混合动力系统由三部分组成。它们分别是由200个Watt组成风力发电系统，由6 x 50 Watt组成的太阳能系统以及100个铅水晶电池组成能源存储系统。图3显示了安装在实验室大楼三层的风光伏系统。

如图2所示，本系统采用PLC来控制混合动力系统，同时采用两种RTUs来采集传感器的数据。Zelio智能继电器是一款来自施耐德电气的小型廉价PLC，正是由于价格低的原因，因此在实现中被选中。由于模拟输入的数量限制和读取传感器的能力，Zelio智能继电器仅用于控制混合系统。传感器是由两个RTUs处理的。RTUs是基于低成本AVR ATmega8535单片机系统开发的。正是通过开发这种微控制器系统，可以很容易地获得各种传感器模块。

图4展示了开发的RTUs和传感器模块的框图。微控制器1用于获取来自太阳能辐射传感器、速度传感器，风向传感器，和pv-温度传感器的环境数据。这些传感器,除了风速传感器以外，其它的都可以通过模拟输入连接到微控制器(PA0，PA1，PA2)中。当风速传感器通过数字输入(PD2)连接起来的时候。传感器的配置可以如下所示。

图3 Wind-PV电力系统

图4 RTUs和传感器模块的框图

图5 气象站模块(银色数据系统)

测量太阳辐射的常用方法是使用测压计，但不幸的是这种传感器的价格很昂贵。因此在这个工作中，就使用了一个低成本的PV模块来用于测量太阳辐射。由于光伏模块的电压是依赖于进入模块的太阳能辐射，因此光伏模块可以根据其输出电压来测量太阳辐射。本次系统中采用了一个小型的PV模块(7cm x 5.5厘米)。它的额定输出电压为10伏，输出电流为30毫伏。由于微控制器的模拟输入的最大电压是5伏，所以可以为它增加一个简单的分压器，来使它的模拟输入不超过最大电压5伏。

为了测量光伏模块的温度，使用一个集成的电路温度传感器LM35。这个传感器的芯片产生的电压与此温度成正比，如果增加1度的温度就会增加10 毫伏的电压。就相当于在传感器的输出中增加了乘数电路，因此当温度是100度时，它的输出电压就是5伏。

图5中显示了来自Argent数据系统的气象站模块，其主要是测量风向和风速。风向传感器有8个开关，它们分别连接到8个不同的电阻。如果这个模块被安排好，因此就可以通过关闭两个开关来确定16个不同的位置。然后将电压分频电路添加到模块与微控制器的模拟输入相结合。

风速传感器是一种杯式风速计，当杯旋转时，它的开关就关闭了。当风速为2.4公里/时，每秒钟就可以关闭一次。为了测量风速，传感器产生的脉冲数应该被计算在内。因此，传感器与微控制器的数字输入相连接。在这种情况下，可以使用外部中断端口(PD2)。

本系统采用电压和电流传感器来监测混合动力的电力数据。一旦测量了电压和电流，电功率就会由微控制器计算出来。由于直流母线电压为12伏，所以在连接到微控制器的模拟输入之前，一种简单的电压分配器被用来降压，这个降电压的范围是0伏到5伏之内。

为了测量电流，采用了集成电流传感器ACS712。该传感器是一种霍尔效应型电流传感器，它产生的输出电压与经过它的电流成正比。当电流改变1安时，输出电压会改变100 毫安。如果没有电流时，输出电压是2.5伏。一个电压分压器被添加到与微控制器相连接的传感器上。

3.2 通信系统

一个以太网扩展模式被添加到PLC Zelio智能继电器中，以允许PLC通过局域网LAN使用MODBUS TCP协议来与网络 scada服务器进行通信。同时这两个RTUs都使用RS485串行通信连接到web scada服务器，如果要与服务器通信，应该在RTU 上开发MODBUS RTU。幸运的是，MODBUS RTU协议可以很容易地在ATMega8535微控制器上实现。表1和表2显示了用于PLC(MODBUS TCP)和RTUs(MODBUS RTU)的MODBUS地址的分配。

表1 MODBUS TCP地址的分配

表2 MODBUS RTU地址的分配

3.3 软件设计

在这项工作中，IntegraXor软件被用于实现网络scada。为了运行网络scada应用程序，这个软件应该安装在计算机服务器上，用户可以使用带有Adobe SVG查看器的web浏览器来查看图形界面。IntegraXor提供图形工具(Inkscape SAGE)开发图形界面。

网络 scada页面主要包括了控制混合动力系统的图形动画、被监视的环境和电气参数。十分的感谢IntegraXor和Inkscape SAGE，它们为开发基于web的图形动画提供了一种简单的方法。前端显示器由5个子系统组成，它们分别是风能、太阳能、电源电池、直流总线dc-bus和加载子系统，如图6所示。

在混合动力系统中，使用仪表动画来显示电流、电压和功率。开关按钮是用于显示连接/断开混合动力子系统的电源开关。彩色的线条是用于视觉化当前的流动，当电流流动的时候颜色将会改变。

在风力发电子系统中，仪表动画显示了风速的可视化，风向是由罗盘动画来显示出来的。此外，风力涡轮机的动画将会根据风速来进行旋转。在太阳能系统中，太阳辐射可以通过一个仪

全文共7463字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143070]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 基于图像的分类调查外文翻译资料
• 用于单样本的视频人脸识别特定领域的人脸合成外文翻译资料
• 具有Si0,薄膜覆盖层的温度补偿声表面波器件外文翻译资料
• SAW/LSAWCOM参数从数值计算实验中提取周期性电极的谐波导纳外文翻译资料
• 三轴加速度计用于体力活动的评估:现状与未来外文翻译资料
• 传感器新技术的发展外文翻译资料
• 基于nRF24L01的无线通信系统设计外文翻译资料
• 扩展交通信号灯识别：相位和导向符号的有效分类外文翻译资料
• 微型电解加工脉冲电源的设计外文翻译资料
• 8tsram单元作为超越vonneumann计算的多位点积引擎外文翻译资料