分布式能源测试系统

曾海源 张银银

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

分布式能源是指将发电系统以小规模、小容量（数千瓦至15 MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热和冷能的系统[1]。使用分布式能源系统的主要方式有热电联供形式，冷热电三联供形式等等。

针对分布式能源系统的实际应用环境，在分布式能源测试系统的基础上，设计了基于传感器等模块数据采集的分布式能源测试系统，并实现了测试系统在MCGS组态软件基础上进行二次开发，建立“分布式能源系统试验平台”。以 MCGS组态软件为平台，设计了基于变送器数据采集的分布式能源测试系统，并实现了MCGS组态软件平台的设计。

1 分布式能源系统的基本理论

所谓“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统，以冷、热、电联产技术为基础，与大电网和天然气管网组网运行，向一定区域内的用户同时提供电力、蒸气、热水和空调冷水（或风）等能源服务系统[2]。分布式能源在发达国家已经是一种比较成熟的技术[2]。在欧洲、美洲大部分地区，随着能源市场对管制的逐渐放松，引进竞争机制 以及对可持续发展战略的推行实施，分布式能源系统开始得到了迅猛的发展[3-5]。

分布式能源系统中的冷热电三联供系统应用技术是一项先进的、可再生的能源利用技术，先是利用燃机或内燃机等燃料燃烧后做功发电，然后在将发电后排放出来的热能来再次利用，用于制冷或者供热。[3]这能够充分实现了分布式能源的综合梯级利用。

如图1，本文研究主要是利用燃气轮机或柴油发电机进行发电，并将其排出的高温烟气进行余热利用。从燃气轮机或柴油发电机排出的高温烟气氨吸收式制冷机组或溴化锂制冷机组进行吸收式制冷，对高温烟气进行二次利用。并可以通过利用制冷机组排出的烟气进行三次利用，可通过烟气水换热器进行水换热，升高水的温度，使温水可供日常所用。这充分利用了能源的梯次利用，根据从高品位到低品位逐渐加以利用。高温品位先用来发电，中温品位余热用来驱动热泵或驱动制冷，低温余热用来向住宅供热，除湿或用于加热生活用水。

图1 分布式能源系统图

2 分布式能源测试系统的设计软件

随着计算机网络技术的发展，为了用户能够更加方便地建立高效率的监控系统，且能够通过远程的控制和诊断，提高实验的安全性和可靠性，本文研究主要采用了MCGS工控组态软件，并在其基础上，二次开发成适合分布式能源系统实验室的具体实际应用的测试系统，建立了一个“分布式能源系统试验平台”。此测试平台为用户提供了一整套的测试方案，能够适应各种工况条件下的分布式能源测试，通过数据能够快速了解实验室设备各位置点的状态参数变化。

2.1 MCGS介绍

MCGS全 称 Monitor and Control Generated System。MCGS是一个组态软件，能够在计算机上运行，通过各种采集模块采集现场设备的数据，将数据转换实际物理量后传送到显示屏上。它能够帮助用户解决一些实际的工程问题，方便我们对现场设备的监控。它具有通用性，能够在各种自动化领域中得到广泛的应用[6]。

2.2 MCGS系统的构成

MCGS组态软件主要是由运行环境和组态环境两个环境组成的。系统上组态环境主要是用户用在编辑设计自己的应用环境，用户可以在其上二次开发，构造出自己的软件平台。而运行环境主要是按照用户在组态环境上的设计的功能进行运行，显示用户所需要的数据。组态环境跟运行环境的过渡如图2所示。

MCGS组态软件的结构图如图3所示，主要包括实时数据库、主控窗口、用户窗口、设备窗口和运行策略五部分。

图2 组态环境过渡图

3 分布式能源测试系统

3.1 系统介绍及设计方案

在实验室设备的基础上，组建一个测试系统。主要设计方案：将实验室各设备上的重要位置点加以安装压力传感器、温度传感器或流量传感器来随时测试各位置点的参数，通过输入模块设备采集信号，并将信号转换输送到电脑。利用在MCGS工控组态软件基础上二次开发的试验平台进行收集信号，并加以计算并在原先设计好的“东莞理工学院分布式能源系统试验平台”上显示出来，最后输送到大的显示器上方便显示。

3.2 传感器设备

3.2.1 微差压变送器

本文研究主要使用JYB-DW扩散硅微差压变送器，用于测试除湿机排出的空气压力。对于微差压传感器接线主要采用三线制电流输出方式。

3.2.2 大气压力变送器

本文研究使用 JQYB 大气压力变送器主要用于测试室外环境大气压力。

3.2.3 温度传感器、变送器

本文研究使用的是JWB一体化温度变送器、传感器系列。该系列的传感器与MCGS软件设计后的测试平台配合使用，能够准确地测量实验室设备上各位置点上的温度。它的使用范围有-200～1 600 ℃，而在本文研究主要采用（0～50 ℃）、（0～150 ℃）、（0～500 ℃）等几个温度范围。

3.2.4 智能电磁流量计

本文研究主要使用ZY-LDE智能电磁流量计。相对其他非智能的电磁流量计，智能电磁流量计具有高精度、可靠性高、安全性高、功能强大等特点。

3.2.4 多功能电力表

本文研究利用多功能电力表收集实验室微型燃气轮机跟内燃机的功率、电压、电流等参数，仪表能够智能显示各参数随时间变化的瞬时值。

通过将微型燃气轮机跟内燃机的电源端口并联，给予两个设备一个220 V电源电压。将该电力表设置好后，该多功能电力表就能够将收集到的参数显示出来，还能通过信号连接线，连接接口转换器，将信号转换后输送到计算机上已经设计好的软件测试平台上显示出来。

3.3 输入模块设备构件

本文设计主要采用监控产品MCGS组态——昆仑海岸kl-m4000系列，主要采用了四个KLM-4514多通道模拟量采集模块设备、一个KLM-4524多通道开关量采集模块设备和一个KLM-4542S铂电阻输入模块设备，并安装在同一电柜里。

3.3.1 多通道模拟量采集模块设备构件

图3 MCGS结构图

图4 分布式能源测试系统结构图

本文研究多通道模拟量采集模块主要采用KLM-4514，模块信号输入端口有16路，使用的直流电流信号为4～20 mA。模块功能主要是通过采集传感器传来的信号，并传输信号到计算机测试系统软件上，完成传感器与计算机的联系，这样能够满足我们对实验室分布式能源系统设备上各位置点温度的监控。KLM-4514多通道模拟量采集模块和主机的通讯方式为RS232/RS485连接，并使用MCGS组态软件收集输入模块的输出信号。

3.3.2 多通道开关量采集模块设备构件

本文研究多通道模拟量采集模块主要采用KLM-4524，模块信号输入端口有16路，使用的直流电流信号为4～20 mA。模块功能主要是通过采集传感器传来的信号，并传输信号到计算机测试系统软件上，完成传感器与计算机的联系，这样能够满足我们对分布式能源系统设备上各位置点温度的监控。KLM-4524多通道开关量采集模块和主机的通讯方式为RS232/RS485连接，并使用MCGS组态软件收集输入模块的输出信号。

3.3.3 铂电阻输入模块设备构件

本文研究多通道模拟量采集模块主要采用设备KLM-4542S铂电阻输入模块、其是集采集、通讯为一体的铂电阻输入模块，8路PT100信号输入，通讯可选RS-232或RS-485接口。模块功能主要是通过采集传感器传来的信号，并传输信号到计算机测试系统软件上，完成传感器与计算机的联系，这样能够满足我们对实验室分布式能源系统设备上各位置点温度的监控。KLM-4542S铂电阻输入模块和主机的通讯方式为RS232/RS485连接，并使用MCGS组态软件收集输入模块的输出信号。

3.3.4 接口转换器

通过RS232/RS485 UT-2216接口转换器（如图4.13所示）将输入模块设备构件输送到测试系统软件的信号进行转换。它具备RS232和RS485标准，能够将RS232信号进行转换，转换成平衡差分RS485信号。

3.4 系统主界面设计

如图5所示，以上就是本文研究系统软件主界面的设计，在这“分布式能源系统试验平台”上，我们可以明显的看出分布式能源系统的现场设备。通过MCGS软件传输过来的数据，我们可以明显地看出各现场设备各位置点的实时数据变化。

系统软件中设备窗口利用设备构件来驱动外部设备，并将采集到的数据输送到实时数据库中。软件中的运行策略通过策略构件，将采集到的数据进行操作和处理。而用户窗口中的图像对象与实时数据库中的数据对象建立连接的关系，并且通过动画显示出来。

图5 分布式能源系统试验平台

图6 系统窗口关系图

4 总结

1）通过MCGS组态环境显示，各大设备上位置点传感器均有信号输入，可见各个传感器、电柜里各个输入模块的连线跟系统软件的连接都没有出现问题。

2）实现了以 MCGS组态软件为平台，设计了基于变送器数据采集的分布式能源测试系统，建立软件测试平台。