УДК 621.1 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ NATIONAL

УДК 621.1
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ NATIONAL INSTRUMENTS В ЗАДАЧАХ
КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
С.К. Кумызбаева
НАО «Алматинский Университет Энергетики и связи»
Научный руководитель - к.т.н., профессор АУЭС Хан С.Г.
Проблема исчерпаемости ресурсов, актуальная сегодня для всех стран мира.
Введение в хозяйственную деятельность энергии ветра и солнца путем преобразования ее
в электрическую энергию является глобальной задачей, в полной мере соответствующей
программе индустриально - инновационного развития Республики Казахстан.
Немаловажным стимулом к развитию возобновляемой энергетики является проблема
энергоснабжения отдаленных потребителей и небольших населенных пунктов, особенно
по местным сетям, где потери электроэнергии могут составить 25-30%. В этих условиях
частичная децентрализация энергоснабжения на основе возобновляемых источников
энергии может стать экономически состоятельной, а во многих случаях и альтернативой
централизованному энергоснабжению (особенно в районах, где имеется дефицит
энергии).
Целью данной работы является разработка системы контроля и управления
комбинированной системой электроснабжения (КСЭ) жилого помещения, изучаемой на
базе учебно-научной лаборатории Алматинского университета энергетики и связи
«Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии»,
исследование режимов потребления электроэнергии в жилом помещении. В качестве
жилого помещения рассмотрен виртуальный коттедж, площадью 200 м2 (рисунок 1).
Данная лаборатория снабжена несколькими источниками возобновляемой энергии:
солнечные батареи, солнечные коллекторы, ветровой генератор, и оборудованием для ее
переработки в электроэнергию: аккумуляторная станция, инвертор, а также дизельгенератор. Лаборатория оснащена оборудованием компании «National Instruments»:
системы сбора данных CompactRIO, контроллер Compact Field Point. Выбранные
контроллеры работают совместно с программным обеспечением LabVIEW Real-Time.
Рисунок 1 – Cхема расположения элементов КСЭ в жилом помещении
Основными
источниками
электроэнергии
комбинированной
системы
электроснабжения жилого помещения выступают ветроустановка и фотоэлементы.
Электроэнергия, выработанная ветрогенератором и солнечными батареями, поступает на
аккумуляторные батареи (АБ), что обеспечивает бесперебойность работы КСЭ.
В случае использования комплексных ветросолнечных систем, предусматривается
более плавное среднегодовое покрытие нагрузок, так как ветер доминирует в осеннезимний период, а солнце — в весенне-летний, а также увеличение среднесуточной
(среднемесячной) выработки энергии за счет увеличения вероятности одновременной
работы двух независимых источников энергии. Таким образом, при работе двух
источников с одним блоком управления и преобразования относительная стоимость
системы в целом снижается и, как следствие, уменьшается удельная себестоимость
выработки одного киловатт*часа электроэнергии.
Подзарядку АБ может обеспечить и обычная электросеть, если существует
возможность подключения. В рассматриваемой автономной энергосистеме в случае
отсутствия подачи электроэнергии, полученной от работы солнечных батарей и ветрового
генератора, предусмотрено включение дизельного генератора, который будет исправно
работать в режиме резервного источника.
Дизельный
генератор
Ветровой
генератор
Релей-ный
блок
Инвертор
Коммута-
Нагрузка
торная связка
Солнечные
батареи
АБ
Контроллер
Рисунок 2 – Функциональная схема КСЭ
На данной функциональной схеме сплошной линией обозначены силовые линии,
пунктирной - информационные линии передачи сигнала.
National Instruments LabVIEW представляет собой высокоэффективную среду
графического программирования, в которой можно создавать гибкие и масштабируемые
приложения измерений, управления и тестирования с минимальными временными и
денежными затратами. LabVIEW сочетает в себе гибкость традиционного языка
программирования с интерактивной технологией Экспресс ВП, которая включает в себя
автоматическое создание кода, использование помощников при конфигурировании
измерений, шаблоны приложений и настраиваемые Экспресс ВП. Благодаря этим
особенностям и новички, и эксперты могут легко и быстро создавать приложения в
LabVIEW. Интуитивно понятный процесс графического программирования позволяет
уделять больше внимания решению проблем, связанных с измерениями и управлением, а
не программированию.
В работе в среде графического программирования LabVIEW разработана основная
программа «Определение режима работы КСЭ», включающая следующие режимы работы
КСЭ: «УТРО», «ДЕНЬ» (рисунок 3), «ВЕЧЕР» или «НОЧЬ». Включение конкретного
режима происходит, исходя из данных, полученных с подпрограммы «ДАТА», т.к.
включение приборов и выработка ими электроэнергии напрямую зависит от времени
суток. Так же в основной программе происходит управление включением/выключением
дизельного генератора в «Аварийном режиме» в любое время суток, т.к. он установлен в
качестве резервного источника питания.
В программе «ДАТА» сравниваются системное время (дата) с календарной датой.
После совпадения дат определяется время включения. В каждом месяце обозначено время
восхода (начало режима «УТРО»), время заката (начало режима «ВЕЧЕР») . Режим
«ДЕНЬ» начинается с 10:00, а «НОЧЬ» в 00:00. Такое разделение на режимы необходимо,
поскольку потребление энергии в течение суток различно. Максимальный расход
электроэнергии приходится на утро и вечер. Днем и ночью - минимальное потребление
энергии, однако в дневное время происходит наибольшая выработка электричества
фотопанелями, что приводит к профициту энергии, которую необходимо накапливать в
аккумуляторных станциях. Ночью же, при отсутствии энергии, вырабатываемой
фотопанелями и ветровым генератором, используется электроэнергия, накопленная в
течение дня в аккумуляторах.
Рисунок 3 - Интерфейс КСЭ в дневном режиме работы.
Данный проект внедрен в учебный процесс кафедры Инженерная кибернетика
Алматинского университета энергетики и связи в лаборатории «Энергосбережение и
нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Программа позволит рассчитать и
выбрать оптимальный режим энергоснабжения жилого помещения с КСЭ.
Литература
1. Журнал Photon International №54, 2008год
2. Каталог компании National Instruments. Автоматизация и измерения. 2008.
3. Lab VIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н.А. – М:. ДМК Пресс;
Прибор Комплект, 2005. – 544 с.
4. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии (Пер. с англ.). - М.,
Энергоатомиздат, 1990.
5. Photovoltaics. Design and installation manual: New Society Publishers.