張建良， 齊冬蓮， 吳 越， 韓 濤， 陸玲霞

(浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027)

·儀器設(shè)備研究與開(kāi)發(fā)·

基于KingView的風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張建良， 齊冬蓮， 吳 越， 韓 濤， 陸玲霞

(浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電、電解制氫、壓縮儲(chǔ)氫及燃料電池系統(tǒng)所組成微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制，設(shè)計(jì)了一種基于KingView的微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成，并敘述了開(kāi)發(fā)技術(shù)路線及具體開(kāi)發(fā)流程。通過(guò)該微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，不但實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)系統(tǒng)在風(fēng)電制儲(chǔ)氫運(yùn)行模式、燃料電池發(fā)電運(yùn)行模式以及微網(wǎng)全系統(tǒng)運(yùn)行3種模式的穩(wěn)定運(yùn)行及平滑切換，保證了微網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且有助于電氣工程類專業(yè)學(xué)生在分布式能源發(fā)電和微網(wǎng)前沿技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展探索性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為教學(xué)科研人員在微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)展教學(xué)改革和科學(xué)研究提供了有力的實(shí)驗(yàn)支撐條件。

風(fēng)電制氫系統(tǒng)； 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)； 監(jiān)控系統(tǒng)； KingView

0 引 言

近年來(lái)，由于能源危機(jī)的加重和環(huán)境保護(hù)的需要，以風(fēng)能為代表的清潔能源高效綜合利用技術(shù)得到快速發(fā)展。由于風(fēng)能的波動(dòng)性以及儲(chǔ)能技術(shù)的限制，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)消納目前仍存在相當(dāng)?shù)碾y度。將風(fēng)電與氫能耦合組成微網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，既可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的高效消納利用，提升風(fēng)電并網(wǎng)品質(zhì)，又可以實(shí)現(xiàn)零污染氫能的批量化制備和工業(yè)應(yīng)用，具有重要意義[1-6]。

通過(guò)基于組態(tài)王軟件KingView開(kāi)發(fā)風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、電解制氫系統(tǒng)、壓縮儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)等子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化運(yùn)行，保證微網(wǎng)系統(tǒng)在風(fēng)電制儲(chǔ)氫系統(tǒng)運(yùn)行模式、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式以及微網(wǎng)全系統(tǒng)運(yùn)行3種運(yùn)行模式的平滑切換，確保了微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和利用[2-11]，不但可以為浙江大學(xué)電氣工程類專業(yè)學(xué)生提供在分布式能源發(fā)電和微網(wǎng)前沿技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展探索性實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，同時(shí)為電氣工程學(xué)院科研人員在開(kāi)展清潔能源發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)科研實(shí)驗(yàn)方面，以及申請(qǐng)和完成智能電網(wǎng)領(lǐng)域科研項(xiàng)目方面，提供了有力的技術(shù)支撐和理論儲(chǔ)備[7-15]。

1 風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)系統(tǒng)

風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電解制氫系統(tǒng)、壓縮儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、可變負(fù)荷系統(tǒng)以及相關(guān)的控制單元組成。整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)上位機(jī)搭載組態(tài)軟件的方式，實(shí)現(xiàn)圖1中央控制器對(duì)于微網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。具體地，通過(guò)中央控制器與風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度系統(tǒng)的信息傳遞，控制所有風(fēng)機(jī)出力大小及是否停機(jī)，并確認(rèn)風(fēng)能大小及是否可以開(kāi)始開(kāi)啟風(fēng)電制氫運(yùn)行模式，以制備和存儲(chǔ)氫氣；根據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)的容量和質(zhì)量，以及本地負(fù)荷的實(shí)際需求和儲(chǔ)氫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況等，協(xié)調(diào)投切開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)，以控制微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式或微網(wǎng)全系統(tǒng)運(yùn)行模式。

圖1 風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和安全運(yùn)行，利用上位機(jī)為主的硬件系統(tǒng)搭載組態(tài)軟件來(lái)設(shè)計(jì)中央監(jiān)控系統(tǒng)是較為常用也較為有效的實(shí)現(xiàn)方案。目前,工業(yè)工控機(jī)設(shè)備發(fā)展成熟，技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均較高，工業(yè)級(jí)的PLC性能穩(wěn)定，功能豐富，因此硬件選取基本不受限制，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。在軟件方面，目前比較流行的組態(tài)軟件主要有美國(guó)FIX32、 iFIX、德國(guó)Wincc，中國(guó)KingView(組態(tài)王)、力控、FameView、MCGS等。其中亞控公司開(kāi)發(fā)的KingView組態(tài)軟件以其強(qiáng)大的功能和便捷的開(kāi)發(fā)方式，成為很多工業(yè)控制系統(tǒng)工程師的首選。這里選擇KingView 6.53版本來(lái)開(kāi)發(fā)微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)集成了微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)中央控制器的角色。

(1) 工控機(jī)、PLC選型及參數(shù)。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性，選用研華公司型號(hào)為AOL-IPC-610的原裝4U標(biāo)準(zhǔn)48.26 cm(19 in)上架式工控機(jī)。該機(jī)配備300 W ATX電源，CPU型號(hào)為E-5300，主頻為2.6 GHz，2 GB，500 GB硬盤(pán)。同時(shí)具備豐富的工業(yè)接口，包括工業(yè)以太網(wǎng)卡及接口、2個(gè)通用串口、1個(gè)并口、2個(gè)PCI槽、1個(gè)PCIE槽、4個(gè)USB口。工控機(jī)的監(jiān)視設(shè)備采用三星48.26 cm(19 in)液晶顯示器。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PLC單元選用西門子S7-300系列，采用CP5611通信板卡，相應(yīng)通訊協(xié)議為西門子MPI協(xié)議通信，現(xiàn)場(chǎng)通信距離最大約為50 m，以預(yù)埋通信線的方式，采用西門子DP頭連接工控機(jī)和PLC單元。

(2) 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)選型。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，因?yàn)榫哂羞m應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)方便、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，采用組態(tài)王KingView對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控功能進(jìn)行設(shè)計(jì),從而不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，而且可以在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。組態(tài)軟件為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，而且它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利地生成各種報(bào)表。此外，它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。組態(tài)王KingView 6.53開(kāi)發(fā)版及運(yùn)行版，具有真正良好的設(shè)備無(wú)關(guān)性、開(kāi)放的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和友好的用戶界面，可以大大提高開(kāi)發(fā)效率和監(jiān)控可靠性，能夠高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控需求。

(3) 系統(tǒng)通信協(xié)議選型。由于MPI通信是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用的通信方式，適用于通信速率要求不高，通信數(shù)據(jù)量不是特別大的情況，尤其適合工控機(jī)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PLC之間的通信和控制，故采用西門子MPI通信協(xié)議(配備西門子CP5611數(shù)據(jù)采集卡、西門子專用MPI數(shù)據(jù)線及接頭)；工控機(jī)與風(fēng)場(chǎng)側(cè)調(diào)度系統(tǒng)之間的通信控制則采用Modbus TCP/IP協(xié)議，如圖2所示。

圖2 風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

3 微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行工況，首先確定風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)系統(tǒng)的3種運(yùn)行模式及相應(yīng)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制算法流程，然后利用KingView組態(tài)軟件搭建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并將該軟件系統(tǒng)裝配于工控機(jī)上，借助實(shí)時(shí)、高速的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)多模式可靠控制。

3.1 微網(wǎng)系統(tǒng)的3種運(yùn)行模式及控制

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和運(yùn)行工況要求，建立微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的3種運(yùn)行模式，如圖3所示。

圖3 微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式圖

(1) 模式1(風(fēng)電制儲(chǔ)氫模式)。系統(tǒng)主要工作模式。該模式的目的是當(dāng)電網(wǎng)無(wú)法消納過(guò)多風(fēng)電時(shí)，將剩余風(fēng)電轉(zhuǎn)換為氫氣存儲(chǔ)；該模式必須保證風(fēng)電質(zhì)量既能滿足并網(wǎng)要求，也能滿足電解池運(yùn)行要求；該模式以電解池的運(yùn)行為依據(jù)，輸入的功率不能超過(guò)其額定功率。

(2) 模式2(燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式)。氫能發(fā)電利用模式。當(dāng)負(fù)荷需要供電或風(fēng)電場(chǎng)輸出電能質(zhì)量無(wú)法滿足調(diào)度要求時(shí)，啟動(dòng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，將儲(chǔ)氫系統(tǒng)的氫能轉(zhuǎn)化為電能，供給微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷或饋送電網(wǎng)。

(3) 模式3(全系統(tǒng)運(yùn)行模式)。風(fēng)電系統(tǒng)同時(shí)向電解池和電網(wǎng)供電，同時(shí)燃料電池向電網(wǎng)輸出高質(zhì)量電能。當(dāng)風(fēng)電質(zhì)量較差或調(diào)度要求棄風(fēng)時(shí)，啟動(dòng)制氫和儲(chǔ)氫系統(tǒng)，該模式的目的是將質(zhì)量較差的風(fēng)電轉(zhuǎn)換為氫氣存儲(chǔ)，然后利用燃料電池將存儲(chǔ)的氫氣轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)電能饋送至電網(wǎng)。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線與開(kāi)發(fā)步驟

利用KingView組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)，步驟如圖4所示。根據(jù)開(kāi)發(fā)時(shí)序，接下來(lái)詳細(xì)介紹風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。

圖4 微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)流程圖

(1) 建立工程、設(shè)置外部設(shè)備。每一個(gè)實(shí)際工程的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于組態(tài)王中的一個(gè)“工程”，建立工程是開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單的第一步。組態(tài)王的工程管理器可對(duì)工程進(jìn)行新建、搜索、刪除、備份、恢復(fù)、屬性設(shè)置、導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)詞典等操作，可與工程瀏覽器相互切換。工程瀏覽器的作用是管理開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，將圖形畫(huà)面、命令語(yǔ)言、設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等配置集中管理，并以樹(shù)形結(jié)構(gòu)顯示，類似于Windows資源管理器的功能。

在“設(shè)備”中可定義外部設(shè)備，包括各類PLC、儀表、智能模塊、板卡、變頻器等。組態(tài)王內(nèi)部集成了大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，作為與外部設(shè)備通信的接口。驅(qū)動(dòng)程序采用ActiveX技術(shù)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)都是一個(gè)COM對(duì)象，這種方式使得驅(qū)動(dòng)和組態(tài)王成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效運(yùn)行，同時(shí)也節(jié)省了驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)成本。本文工程需要定義兩個(gè)設(shè)備：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)PLC(西門子S7-300系列，CP5611數(shù)據(jù)卡通信方式)和風(fēng)場(chǎng)調(diào)度系統(tǒng)(COM1口連接，Modbus協(xié)議)。

(2) 建立數(shù)據(jù)詞典。工程中任何一個(gè)變量都需在軟件中得到申明，所有這些變量的集合就是“數(shù)據(jù)詞典”。這是實(shí)際通信、開(kāi)發(fā)畫(huà)面和實(shí)現(xiàn)控制邏輯的必要前提步驟。以本工程中變量“電解槽溫度”為例，設(shè)置變量屬性：變量類型—I/O實(shí)數(shù)；最大值—1 000；最小值—-20；連接設(shè)備—制氫PLC；寄存器—DB1.12；數(shù)據(jù)類型—float；屬性—只讀(周期50 ms)；高報(bào)警限—85；極高報(bào)警限—90；定時(shí)記錄—每5 min。將工程所需變量依次建立并設(shè)置完成即是工程數(shù)據(jù)詞典，本工程變量數(shù)量約為200個(gè)。

(3) 工程畫(huà)面與動(dòng)畫(huà)連接。繪制工程畫(huà)面和設(shè)置動(dòng)畫(huà)連接，對(duì)于開(kāi)發(fā)過(guò)程來(lái)說(shuō)尤為重要，決定了系統(tǒng)監(jiān)控的直觀性和美觀性。畫(huà)面的繪制工具類似Windows繪圖軟件，并自帶了一部分各行業(yè)經(jīng)典元件模型。所謂動(dòng)畫(huà)連接就是在確定畫(huà)面中某個(gè)圖素跟隨數(shù)據(jù)庫(kù)中特定變量變化，體現(xiàn)視覺(jué)直觀性或報(bào)警、故障等提示性需求。例如“儲(chǔ)氫壓力”變量的變化被組態(tài)王數(shù)據(jù)庫(kù)接收后，就需要在畫(huà)面對(duì)應(yīng)的壓力計(jì)上有指針轉(zhuǎn)動(dòng)的變化來(lái)直觀體現(xiàn)。動(dòng)畫(huà)連接類型多樣，形式各異。

畫(huà)面和動(dòng)畫(huà)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)嵌入控制邏輯的部分內(nèi)容。畫(huà)面包括系統(tǒng)主監(jiān)控畫(huà)面和一系列輔助畫(huà)面以及報(bào)警查詢、歷史趨勢(shì)曲線畫(huà)面等。每個(gè)畫(huà)面均需要設(shè)置必要?jiǎng)赢?huà)連接，部分畫(huà)面還需要用到一部分組態(tài)王自帶控件。監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面如圖5所示。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面

該畫(huà)面集中模擬了風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成單元和結(jié)構(gòu)。每個(gè)模塊設(shè)置豐富的動(dòng)畫(huà)連接，對(duì)應(yīng)展示各部分不同運(yùn)行狀況，以增強(qiáng)視覺(jué)表現(xiàn)力，同時(shí)利用動(dòng)畫(huà)連接實(shí)現(xiàn)一部分控制邏輯的功能；設(shè)置各子系統(tǒng)重要參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和設(shè)置功能；指示區(qū)用于對(duì)各單元運(yùn)行、報(bào)警、故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并設(shè)置有實(shí)時(shí)、歷史的記錄查詢功能；操作區(qū)設(shè)置了各單元模塊的快關(guān)量手動(dòng)操作按鈕、系統(tǒng)緊急停車按鈕，并設(shè)有手動(dòng)模式選擇開(kāi)關(guān)。

(4) 編寫(xiě)命令語(yǔ)言。借助組態(tài)王動(dòng)畫(huà)連接功能可以實(shí)現(xiàn)一部分簡(jiǎn)單的監(jiān)控邏輯，對(duì)于較為復(fù)雜的控制邏輯的實(shí)現(xiàn)，主要借助于組態(tài)王命令語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)控制為主要目標(biāo)，因此控制邏輯較為繁瑣、復(fù)雜，協(xié)調(diào)控制需要更多的借助命令語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。同時(shí)實(shí)際編寫(xiě)過(guò)程中需要注意各個(gè)子系統(tǒng)及子系統(tǒng)間較為繁瑣的控制細(xì)節(jié)和邏輯細(xì)節(jié)要求，因此命令語(yǔ)言編寫(xiě)也是工作量較大的一個(gè)步驟。

(5) 制作報(bào)表和曲線。數(shù)據(jù)報(bào)表是反映生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等記錄的一種重要手段。趨勢(shì)曲線用來(lái)反映數(shù)據(jù)變量隨時(shí)間變化的情況，分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和歷史趨勢(shì)曲線。以本工程中“氫中氧”變量(純化后氫氣中的含氧量)為Y軸，建立控件型歷史趨勢(shì)曲線見(jiàn)圖6。曲線設(shè)置X軸時(shí)間跨度為24 h，Y軸按百分比顯示(100%對(duì)應(yīng)于5×10-6，方便與“氧中氫”作對(duì)比)。結(jié)果可見(jiàn),氫中氧含量始終保持在20%(即1×10-6)以下，符合系統(tǒng)運(yùn)行制氫純度指標(biāo)要求。

圖6 氫中氧含量24 h歷史趨勢(shì)曲線

(6) 制作報(bào)警窗口。報(bào)警事件處理是監(jiān)控軟件不可缺少的功能，組態(tài)王中的報(bào)警事件包括：變量報(bào)警事件、操作事件、用戶登錄事件及工作站事件。發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警窗口會(huì)按設(shè)置的過(guò)濾條件實(shí)時(shí)顯示。監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，可對(duì)報(bào)警窗口進(jìn)行相關(guān)操作，包括報(bào)警確認(rèn)和刪除、報(bào)警事件優(yōu)先級(jí)調(diào)整、更改報(bào)警類型和事件類型、更改報(bào)警組和站點(diǎn)名稱等。

(7) 系統(tǒng)安全管理。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，組態(tài)王軟件提供了“安全區(qū)域”和“操作權(quán)限值”兩個(gè)措施?！鞍踩珔^(qū)域”限制了操作員能看到的內(nèi)容;“操作權(quán)限值”限制了操作員的相關(guān)操作權(quán)限。“安全區(qū)域”可以命名成有現(xiàn)實(shí)意義的名稱，如“制氫系統(tǒng)”?！安僮鳈?quán)限值”可以考慮以操作員身份命名，如“管理員”?？紤]到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)操作人員的固定性較強(qiáng)，監(jiān)控系統(tǒng)暫時(shí)簡(jiǎn)單設(shè)置了“游客”和“管理員”兩個(gè)身份權(quán)限，管理員具有最高權(quán)限。

4 微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的教學(xué)和科研應(yīng)用

構(gòu)建風(fēng)-氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，不但可以為電氣專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)微網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)提供實(shí)驗(yàn)條件，而且為電氣學(xué)院科研人員進(jìn)行多種清潔能源耦合條件下的系統(tǒng)控制技術(shù)和試驗(yàn)研究，以及相關(guān)科研項(xiàng)目的申請(qǐng)和實(shí)施方面提供了經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

4.1 新能源實(shí)驗(yàn)

考慮到電氣學(xué)院專業(yè)設(shè)置背景和社會(huì)需求，該微網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)可以為電氣大類本科生在培養(yǎng)過(guò)程中，提供了學(xué)習(xí)分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的條件。根據(jù)不同的專業(yè)、年級(jí)、知識(shí)水平和興趣，開(kāi)展不同層次的新能源控制技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：可以開(kāi)展以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)展示實(shí)驗(yàn)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)展示實(shí)驗(yàn)等為代表的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；也可以進(jìn)一步地針對(duì)具有較強(qiáng)學(xué)習(xí)能力高年級(jí)本科生，結(jié)合其他電氣類課程知識(shí)開(kāi)展相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)，如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)等；而且可以探索開(kāi)展短學(xué)期興趣實(shí)驗(yàn)小組的形式，實(shí)行教師指導(dǎo)下的探究性實(shí)驗(yàn)研究，比如風(fēng)-氫耦合系統(tǒng)運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)、風(fēng)-氫-燃料電池系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制實(shí)驗(yàn)、以及微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行實(shí)驗(yàn)等[12-16]。

4.2 微電網(wǎng)科研

微網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)，直接促進(jìn)了浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院在微網(wǎng)和新能源領(lǐng)域科研項(xiàng)目的申請(qǐng)和工程實(shí)施。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，為學(xué)院相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)和實(shí)施國(guó)家“863”項(xiàng)目“風(fēng)電耦合制儲(chǔ)氫燃料電池發(fā)電柔性微網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及示范(2014AA052501)”以及“以可再生能源為主的冷熱電聯(lián)供微網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2015AA0501374)等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，提供了有力的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)保證。同時(shí)，在新能源和微網(wǎng)相關(guān)研究領(lǐng)域，以該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)近年來(lái)成功申請(qǐng)了包括國(guó)家973、863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省科技計(jì)劃重大項(xiàng)目等省部級(jí)以上項(xiàng)目52項(xiàng)，獲得國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)、省級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)，發(fā)表一系列高水平的科技論文，提高了學(xué)院在新能源和微網(wǎng)領(lǐng)域的科研影響和學(xué)術(shù)聲譽(yù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于KingView的風(fēng)電制氫-燃料電池微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、電解制氫系統(tǒng)、壓縮儲(chǔ)氫系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)所組成微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，保證了微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為電氣專業(yè)學(xué)生和教師開(kāi)展科研開(kāi)發(fā)活動(dòng)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了良好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)支撐條件。

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Design of Monitoring System for Microgrid of Wind-Hydrogen-Fuel Cell Based on KingView Software

ZHANGJianliang,QIDong-lian,WUYue,HANTao,LULingxia

(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

A KingView based wind-hydrogen-fuel cell microgrid monitoring system is designed to implement the coordinated control of the wind turbine generation system, electrolytic hydrogen production system, compressed hydrogen storage system and fuel cell generation system. The hardware and software components of the system are introduced, and the technical route and the development process are described in detail. The development and application of microgrid monitoring system will not only implement three different operating modes including the wind power hydrogen production and storage operation mode, the fuel cell power generation operating mode as well as microgrid system-wide operation mode, ensuring a safe and stable operation of the microgrid system, but also help to provide a platform for the students of electrical engineering to carry out exploratory experiments in the cutting-edge technology in distributed generations and microgrid, and provide a strong experimental support conditions for teaching and research staffs to promote teaching reform and scientific research in the field of smart grid and microgrid.

wind power hydrogen production system; fuel cell power system; monitoring system; KingView

2016-10-08

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目(2015AA0501374)；浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LY15E070001)；浙江省教育廳科研項(xiàng)目(Y201533326)；浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(SZD201501)；浙江大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)自制儀器設(shè)備項(xiàng)目(2016046)

張建良(1984-)，男，河南新野人，博士，講師，研究方向?yàn)樾盘?hào)分析與處理，復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的分析與控制。

Tel.：0571-87952707;E-mail：jlzhang@zju.edu.cn

TM 727

A

1006-7167(2017)06-0032-05