一種配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備協(xié)調(diào)裝置及協(xié)調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備協(xié)調(diào)裝置 及協(xié)調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水利發(fā)電是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，如何根據(jù)水利發(fā)電和儲能設(shè)備的運行特點進(jìn)行水庫 調(diào)度，使現(xiàn)有工程發(fā)揮最大效益，越來越受到重視，W往水利發(fā)電調(diào)度的特點是運行人員憑 借主觀判斷控制決策水利發(fā)電的運行，在送個過程中有很多模糊性的內(nèi)容，因此，對配電網(wǎng) 內(nèi)水利發(fā)電和儲能設(shè)備的電氣參數(shù)及氣象環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測參數(shù)對水力 發(fā)電和儲能設(shè)備間出力協(xié)調(diào)比例進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果實時地對水利發(fā)電和儲能設(shè)備輸 出功率進(jìn)行控制，能夠有效避免水利發(fā)電和儲能設(shè)備間的功率分配不合理現(xiàn)象，顯著提高 電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、速度快的配電網(wǎng)水力發(fā)電和 儲能設(shè)備協(xié)調(diào)裝置及協(xié)調(diào)方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備 協(xié)調(diào)裝置包括發(fā)電設(shè)備終端和調(diào)度中必端；所述的發(fā)電設(shè)備終端包括傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn) 換器、DSP微處理器、FPGA數(shù)據(jù)計算芯片和4G通信模塊，所述調(diào)度中必端包括工控機和4G 通信模塊，所述傳感器的輸出端與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與 DSP微處理器的輸入端相連，DSP微處理器的輸出端與FPGA數(shù)據(jù)計算芯片的輸入端相連， FPGA數(shù)據(jù)計算芯片的輸出端與發(fā)電設(shè)備的控制單元和4G通信模塊的輸入端相連，發(fā)電設(shè) 備的控制單元與人機交互信息顯示單元相連；
[0005] 所述傳感器包括電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、濕度傳感器、噪聲傳感器、 降雨量傳感器，電流互感器輸出端口、電壓互感器輸出端口、溫度傳感器輸出端口、濕度傳 感器輸出端口、噪聲傳感器輸出端口、降雨量傳感器輸出端口分別與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸 入端口相連。
[0006] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述傳感器選用D肥03B型電流互感器、 D冊1D6V0. 4B型電壓互感器、肥-200紅外溫度傳感器、STYB3100111A50型濕度傳感器、 CRY2110型噪聲傳感器、BL-YW900型雷達(dá)液位傳感器。
[0007] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用化C2543串行A/D轉(zhuǎn)換器， 4G通信傳輸單元采用ME3760型號的LTE模塊，DSP微處理器選用TMS320F2812芯片，F(xiàn)PGA 數(shù)據(jù)計算芯片選用EPM7064SLC44芯片，發(fā)電設(shè)備的控制單元采用51單片機ST89巧1芯片， 人機交互信息顯示模塊為HG1286402C型號的液晶顯示模塊；
[0008] 電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、濕度傳感器、噪聲傳感器、降雨量傳感器輸 出端分別經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路后連接到A/D轉(zhuǎn)換器化C2543的輸入端AIN0-AIN5,A/D轉(zhuǎn)換器 TLC2543 的輸出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分別連接到DSP芯片TMS320F2812 的XA1-XA5 引 腳，TMS320F2812 的XD0-XD7 引腳分別與FPGA芯片EPM7064aX44 的I017-I02UI024-I026 引腳，F(xiàn)PGA芯片EPM7064aX44 的 104-106、108、109、1011、1012、1014 引腳分別與單片機 STC89C51芯片的P0. 0-P0. 7相連，單片機STC89C51芯片的P1. 0-P1. 7與液晶顯示模塊的 D0-D7連接，單片機STC89C51芯片的P2. 0-P1. 4與液晶顯示模塊的RS、RW、CS1、CS2、EN相 連接，STC89巧1芯片的RXD、TXD與發(fā)電自動控制裝置相連，F(xiàn)PGA芯片EPM7064SLC44的1037 引腳與4G通信模塊ME3760的DATA端相連，4G通信模塊的ATN1端通過天線將數(shù)據(jù)傳送到 遠(yuǎn)方調(diào)度終端的UN0-3072系列化ntiumΜ嵌入式工控機。
[0009] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述信號轉(zhuǎn)換電路采用化C4501芯片。（設(shè)置信號轉(zhuǎn) 換電路，保證信號采集的頻帶寬度、轉(zhuǎn)換速率和電壓增益，同時降低輸入失調(diào)電壓和電流 W及溫度漂移）。
[0010] 其次，本發(fā)明所述化C4501芯片5腳分別與電阻R3 -端、電阻R4 -端、電容〔2 - 端相連，電阻R4另一端接1. 5V電源，電容C2另一端接地，電阻R3另一端分別與化C4501芯 片1腳、電阻R2 -端、電容C1 一端相連，電容C1另一端分別與電阻R2另一端、TLC4501芯 片2腳、傳感器的輸出端相連，TLC4501芯片3腳接地；TLC4501芯片7腳通過電阻R8與Α/ D轉(zhuǎn)換器輸入端口相連。
[0011] 另外，本發(fā)明所述STC89C51芯片的XTAL1引腳分別與晶振一端、第一 30pF-端相 連，第一 30pF另一端分別與地線、STC89巧1芯片的GND引腳、第二30pF-端相連，第二30pF 另一端分別與晶振另一端、STC89C51芯片的XTAL2引腳相連。
[0012] 電流、電壓、溫度、濕度、噪聲、降雨量信息經(jīng)過各傳感器，進(jìn)行同步采樣、保持、A/D 轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號后，送入DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的信息數(shù)據(jù)由DSP的并行數(shù)據(jù) 輸出接口送到FPGA的數(shù)據(jù)輸入口，再由FPGA將數(shù)據(jù)送到4G通信模塊，為與遠(yuǎn)方調(diào)度端的 工控機通訊做好準(zhǔn)備；工控機對電流、電壓、溫度、濕度、噪聲、降雨量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后， 將計算結(jié)果通過4G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?G通信模塊，然后由4G模塊將計算結(jié)果送到FPGA，由 FPGA將數(shù)據(jù)送至單片機STC89C51，由單片機通過TXD口對發(fā)電自動控制裝置發(fā)出控制命 令，并在人機交互信息顯示單元進(jìn)行顯示。
[0013] 本發(fā)明配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備協(xié)調(diào)方法，包括如下步驟：
[0014] 步驟1 ;發(fā)電設(shè)備終端采集水力發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備的電流、電壓、溫度、濕 度、噪聲、降雨量參數(shù)，通過4G通信模塊將采集的電流、電壓、溫度、濕度、噪聲、降雨量 測量值傳輸?shù)秸{(diào)度中必端的工控機，電流、電壓、溫度、濕度、噪聲、降雨量作為輸入量： 義邸二(Χι'Υζ'.'Χ,'Υα·,);
[001引步驟2 ;建立目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)
[0016] 步驟2. 1 ;建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：
[0017] ")
[0018] 步驟2. 2 ;構(gòu)建水力發(fā)電和儲能設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的η維相空間
[0019] 步驟3 ;對頂點的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行迭代運算
[0020] 步驟3. 1 ;對定點的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行反射運算：
[0021]
(巧
[0022] 聲為相空間內(nèi)各點范數(shù)的平均值，Ph為相空間內(nèi)原有頂點，r為通過反射運算尋 找的新頂點；
[0023] 步驟3. 2 ;對頂點的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擴張運算：
[0024]
(4)
[00巧]P**為通過擴張運算尋找的新頂點，擴張系數(shù)Y= 1. 5 ;
[0026] 步驟3. 3 ;對頂點的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行收縮運算：
[0027]
(5)
[002引如果新頂點下的目標(biāo)函數(shù)滿足f(P"Vf化），則將所有點進(jìn)行替換：
[0029] Pi=化+Pi) /2 (6)
[0030] 式化）中Pi為新生產(chǎn)的相空間相點，Pi為原相點中范數(shù)最小的點，即原來最低的 相點；
[0031] 通過收縮運算，求得了最大值頂點和重必連線上的某一點；在進(jìn)行反射、擴張、收 縮的過程中，當(dāng)頂點向量中各維變量值小于0時，取為0 ;當(dāng)其大于所允許最大功率時，取為 該最大功率數(shù)。
[0032] 步驟4 ;根據(jù)配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備特征量進(jìn)行快速協(xié)調(diào)同步
[003引對目標(biāo)函數(shù)為y=minf(Xi)+g(Xi)+k(Xi)進(jìn)行求解，懲罰函數(shù)
其中Pi為水力發(fā)電和儲能設(shè)備發(fā)出功率，為功率最大值， 約束函數(shù)
其中Ii為中電流值，為電阻值，t為電網(wǎng)系統(tǒng)運行的時間；
[0034]步驟5 ;調(diào)度中必端工控機將協(xié)調(diào)計算結(jié)果Pi通過4G通信模塊傳輸?shù)桨l(fā)電設(shè)備終 端，發(fā)電設(shè)備終端通過發(fā)電控制單元調(diào)整水力發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備的功率輸出。
[0035] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述α= 0. 83。
[0036] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述收縮系數(shù)目=0. 5。
[0037] 本發(fā)明有益效果。
[0038] DSP微處理器和FPGA數(shù)據(jù)計算芯片相結(jié)合，提高了數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性和全面性，提 高數(shù)據(jù)采集速度和精度。本發(fā)明通過配電網(wǎng)內(nèi)水力發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備間的協(xié)調(diào)控制，有 效避免了水利發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，大大提高配網(wǎng)內(nèi)多種發(fā)電設(shè)備發(fā)電 并網(wǎng)效率，降低了水力發(fā)電并網(wǎng)和儲能設(shè)備運行成本。通過調(diào)度中必端的協(xié)調(diào)計算，最后得 到水力發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備理想的出力水平。改善了電力品質(zhì)，提高了配電網(wǎng)、水力發(fā)電設(shè) 備和儲能設(shè)備可靠性，同時協(xié)調(diào)同步過程滿足實時性要求，提高數(shù)據(jù)采集及處理的效率，提 高協(xié)調(diào)計算的速度和精度，實現(xiàn)了W較高精度和較短響應(yīng)時間的優(yōu)勢對配電網(wǎng)中的水力發(fā) 電設(shè)備和儲能設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)同步。
【附圖說明】
[0039] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限 于W下內(nèi)容的表述。
[0040] 圖1是本發(fā)明電路原理框圖。
[0041] 圖2是本發(fā)明電路原理圖。
【具體實施方式】
[0042] 如圖所示，本發(fā)明配電網(wǎng)水力發(fā)電和儲能設(shè)備協(xié)調(diào)裝置包括發(fā)電設(shè)備終端和調(diào)度 中必端；所述的發(fā)電設(shè)備終端包括傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP微處理器、FPGA數(shù)據(jù)計算芯 片和4G通信模塊，所述調(diào)度中必端包括工控機和4G通信模塊，所述傳感器的輸出端與A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端相連，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與DSP微處理器的輸入端相連，DSP微處 理器的輸出端與FPGA數(shù)據(jù)計算芯片的輸入端相連，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)計算芯片的輸出端與發(fā)電設(shè) 備的控制單元和4G通信模塊的輸入端相連，發(fā)電設(shè)備的控制單元與人機交互信息顯示單 元相連。
[0043] 上述傳感器選用D肥03B型電流互感器、D冊1D6V0. 4B型電壓互感器、肥-200紅外 溫度傳感器、STYB3100111A50型濕度傳感器、CRY2110型噪聲傳感器、BkYW900型雷達(dá)液位 傳感器。
[0044] 上述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用化C2543A/D轉(zhuǎn)換芯片。
[0045] 上述DSP微處理器選用TMS320F2812芯片。
[0046] 上述FPGA數(shù)據(jù)計算芯片選用EPM7064SLC44芯片。
[0047] 上述發(fā)電設(shè)備控制單元為51單片機ST89C51芯片。
[0048] 人機交互信息顯示模塊為HG1286402C型號的液晶顯示模塊。
[0049] 上述4G通信模塊為ME3760型號LTE模塊。
[0050] 電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、濕度傳感器、噪聲傳感器、降雨量傳感器輸 出端分別經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路后連接到A/D轉(zhuǎn)換器化C2543的輸入端AIN0-AIN5,如圖2所 示，A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543的輸出端E0C、I/O、IN、0UT、CS分別連接到DSP芯片TMS320F2812的 XA1-XA5 引腳，TMS320F2812 的XD0-XD7 引腳分別與FPGA芯片EPM7064aX44 的 1017-1021、 1024-1026 引腳，F(xiàn)PGA芯片EPM7064a