北极星智能电网在线讯:【视频专访】美国国家仪器：全面渗透智能电网深耕用户侧应用
――访问美国国家仪器有限公司行业市场专员汤敏
美国国家仪器有限公司总部设于美国德克萨斯州的奥斯汀市，在40个国家中设有分支机构，共拥有5,200多名员工。在过去连续十二年里，《财富》杂志评选NI为全美最适合工作的100家公司之一。作为最大的海外分支机构之一，NI中国拥有完善的产品销售、技术支持、售后服务和强大的研发团队。在本次电力电工展上，北极星智能电网在线记者有幸采访到美国国家仪器有限公司行业市场专员汤敏。以下是采访实录：
北极星智能电网在线：能源与电力行业一直是NI十分关注的一个行业，请简要介绍一下贵公司此次参加电力电工展，给我们带来什么新产品和新技术?
汤敏：从行业应用细分上来看，NI主要关注电力电子和状态监测这两个领域，包括电力电子的控制、仿真与测试，以及变电站、 输变电设备及发电厂的状态监测，同时也关注新的领域，如微电网及智能电网用户侧应用、储能系统(电动汽车的充放电站)等。
具体来说，NI在能源电力行业的投入和优势体现在三个方面：一方面，NI平台通过不断引进最新的FPGA和处理器技术，能够支持客户对于电力电子等核心关键设备的研发，比如变流器/逆变器、有功/无功补偿、储能系统的控制，微电网的主监控系统等，从而加快产品上市进程并提高其竞争力。另一方面，NI不断投入研发资源以支持行业最新的标准与规范 ，从61850到DNP3，从电能质量监测到广域监测，NI 提供了符合国际标准协议和参数的各类工具，为数字化变电站、分布式电源接入和智能用电等领域提供技术基础。第三方面，NI充分利用其在测试测量领域的一贯优势与领先技术，为电力系统的计量、测试与标定提供高性能解放方案，如互感器校验、局部放电测试、变电设备监测、风电生产测试及现场测试等等。
在此次展会中NI主要展示了两大产品平台，包括NI CompactRIO嵌入式测控平台和NI PXI高性能测试测量与控制平台。
NI CompactRIO 嵌入式测控平台适用于电力电子控制，SVC控制器, 并网型的逆变器/变流器控制器，发电机励磁控制，有源滤波等应用。NI CompactRIO提供了一个开放的架构，包括内置的嵌入式控制器、实时操作系统、可编程FPGA以及小型、坚固且可热插拔的工业I/O模块：丰富的I/O可以支持各类传感器或通过各种总线接口连接到各类设备;FPGA可支持微秒级的控制循环，实现高效可靠的电力电子控制;支持行业最新标准与规范，如IEC 61850，并且客户可以根据其需求进行自定制开发。
NI PXI 高性能测试测量与控制平台，适用于电力电子系统半实物仿真，风电机组半实物仿真，柔性直流输电，BMS(电池管理系统)的控制与仿真等应用。作为 PXI 标准的提出者和领导者，NI 提供从高分辨率直流测量至 26.5 GHz 射频应用的各类 PXI 模块，为电力和新能源领域中的检定、计量与测试提供了灵活高效的解决方案，满足精度、同步、电磁隔离、可靠性等多方面需求。
北极星智能电网在线：智能电网已经成为各国电力系统未来发展的趋势，您认为在智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度等环节中会产生哪些测试需求，NI会提供哪些技术支持和解决方案?
汤敏：根据国家电网公司出台的智能电网的规划，NI公司在各个环节都有一些重点关注的应用和技术。
对于发电环节，NI主要关注储能系统,包括储能系统的监测, BMS系统的 HIL测试;
对于输电环节，则重点在输变电设备状态监测方面和相关厂商进行一些合作，此外，NI平台也多次被应用于柔性交流输电、柔性直流输电技术的研发;
对于变电环节，NI公司则主要关注于智能变电站的数字化改造和监测(包括电信号监测和设备健康监测)，对61850协议(8-1、9-2部分)的支持，以及高压开关设备的各种测试，如高压智能开关状态监测、局放测试。值得一提的是目前对61850协议支持的研发工作很大一部分正在上海的研发中心展开，可以更好地为本地客户提供技术及产品的支持;
对于配电环节，NI主要关注光伏并网逆变器/变流器的电信号数据采集与监控、电能质量监测、微网主控及分布式监测系统、应用于智能配电开关的远程智能终端等方面。
总体说来，在各个环节，NI都在有重点的积极展开相关研究，并与产、学、研各方面开拓了深入广泛的合作。
北极星智能电网在线：随着新能源在电网应用比例不断提升，由于新能源存在很不多稳定性，在并网的过程中，会影响电网的稳定，有什么方法或者措施可以避免该问题?贵公司在这方面有什么新理念?
汤敏：由于风能与太阳能的波动性和不稳定性，风力发电机组并网运行会引起一系列电能质量问题，必须对电能质量水平进行监测，来精确分析和评估风电并网运行对整个电网的影响，进而采取一定的控制措施。基于NI平台的监测方案依靠灵活的软件和基于FPGA可重复配置的硬件则能够执行各类电能计量、电能质量或电能监测分析, 包括基波有效值，相角，有功/无功/视在功率，频率，闪变，不平衡度，信号电压，正/负/零序分量，电压骤升/骤降/中断等各种参数的计算，达到IEC 61000-4-30 A级精度，符合DL/T 1028 -2006 电能质量测试分析仪检定规程，并支持COMTRADE标准文件的记录与回放。
此外，电能质量控制，比如风电场有功功率控制、无功功率/电压控制，无功补偿装置SVC是解决上述问题最有效的方法。输电系统的SVC对可靠性要求极高，需要采用全数字控制，此系统要求逐点计算，以一个工频周期采样100个点来算，逐点控制循环的速率也在200μs，如果要计算高阶谐波，控制循环速率会更高，属于μs级的闭环控制，因此只有硬件级控制的方法才能满足要求，NI CompactRIO不仅集成了FPGA硬件而且特别适合工业现场控制，十分符合全数字控制系统的要求。
更进一步的是，逆变器/变流器的控制器现在越来越多都已经从传统的DSP板转向了FPGA技术。对这一应用，NI和美国可再生能源实验室(NREL)正在合作开发 NI Single-Board RIO General Purpose Inverter Controller，为电力电子控制提供通用型的硬件模块
北极星智能电网在线：印度大停电，让我们质疑了大联网，而古巴大停电，让我们质疑了分布式电源，贵公司在分布式电源和微电网方面很专业，请问贵公司如何看待分布式电源和微电网在电网安全方面的重要性?
汤敏：微电网可以提高电力系统抗灾能力。我国目前正在发展特高压电网，将地理位置接近的重要负荷组成微电网，设计合适的电网结构和控制，会有力地提高电网的抗灾能力。与此同时，超大型的电站与分散微型电源的结合，可以缩短电力的传输距离，降低在输配电线路上的投资，会使得电力系统更安全更经济。
北极星智能电网在线：随着电力行业的不断发展，微电网系统被越来越多的人研究，您认为微电网系统未来的前景如何?请问贵公司在微电网的试验和探索阶段，有什么经典案例可以与我们分享的?
汤敏：中国的单位GDP能耗远超欧美先进国家，企业用户推行微电网和智能用户端的技术对节能减排和支持电网削峰填谷的效能将十分明显。楼宇、商场的共性技术较多，有条件集成多种分布式能源、储能和节能技术，而通过对楼宇整体能源的系统管理和与电网的互动可以有效地达到节能降耗、支撑电网削峰填谷的目的。
微网的控制与监测系统复杂度高，涉及风电、光伏、光热、CCHP、分项监测等多个系统的融合，其中的关键技术之一就是微网组网技术。网络分为设备层、间隔层与系统层。
NI CompactRIO平台非常适合担任间隔层中的智能监控保护设备。智能监控保护设备在系统组网中处于非常关键的位置，它需要支持分布式能源、负载、储能系统的监测与控制，设备层中的每一类设备都需要独立的智能监控保护单元，因此，智能监控保护设备的必要特性之一是能够支持分布式的数据采集与控制。此外，由于监控保护设备需要在发生故障或意外情况时给予实时响应与保护，因此，另一个必要特性是实时性。基于组网的需求，监控保护设备必须具备灵活开放的接口，连接各类设备，甚至有时候需要支持基于网络的设备同步。NI CompactRIO平台可以很好的满足分布式、实时性、开放性等要求，目前已经在国内外多个微网示范工程中加以应用:
Lockheed Martin岛屿型微网系统;
上海交通大学绿色能源楼;
新加坡智能电网研究中心;
世博园交通银行大厅的能耗监测网络.
北极星智能电网在线：贵公司的控制器功率范围是多少，效率有多高，控制策略如何设计。内嵌的操作系统是否是自主设计?与市场同类产品相比较有什么独到的特色?
汤敏：NI公司提供的是逆变器(或变流器)里的弱电部分的控制器和I/O接口，逆变器(或变流器)能做到多大功率主要和逆变器的主电路(电力电子电路)的设计有关。客户利用NI软硬件平台所设计的电力电子系统，从几十瓦的小电机驱动器，到几兆瓦的储能系统逆变器都有。能量转换效率主要取决与用户的主电路的设计，电力电子器件的开关损耗，开关频率等。
NI CompactRIO 嵌入式测控平台适用于电力电子控制，SVC控制器, 并网型的逆变器/变流器控制器，发电机励磁控制，有源滤波等应用。NI CompactRIO提供了一个开放的架构，包括内置的嵌入式控制器、实时操作系统(VxWorks)、可编程FPGA以及小型、坚固且可热插拔的工业I/O模块，客户可以根据他们自己的系统设计需求来灵活选择是在CPU上还是在FPGA上实现控制算法与控制策略。FPGA可支持微秒级的控制循环，实现高效可靠的电力电子控制。
