交直流混合微电网协调控制处理系统的制作方法

本发明涉及发电供电技术领域，尤其涉及交直流混合微电网协调控制处理系统。

背景技术：

目前抽水蓄能发电站，是将位于抽水蓄能发电站上方水库中的水用管道引导水轮发电机，在管道输水过程中管道易受到“水击作用”致使管道破裂。在水电、火电、风电或太阳能发电等综合供电中，水电通常起着调节用电负荷突然变化的作用，当负荷需求突然上升时，要立即增加输送的水量，以增加发电量；当需求下降时又要使水流很快慢下来，减少发电量，于是管道的水流速度常会出现突然变化，又由于水基本是不可压缩的，管道本身的弹性又很微小，致使水的高压波沿着管道传播，从而在管道上产生能破坏管道的“水击作用”。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有抽水蓄能发电站的管道易被水击作用破坏的不足，提供一种能降低抽水蓄能发电站的管道水击作用破坏，可靠性好的交直流混合微电网协调控制处理系统。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：

交直流混合微电网协调控制处理系统，包括抽水蓄能发电站；抽水蓄能发电站包括控制器、水库、水轮机、以及两端分别对接连接在水库出水口上和水轮机的进水口上并能将水库的水引到水轮机的管道；沿着管道还在管道上设有若干个侧孔，这若干个侧孔设置在管道的不同高度处；在每个侧孔上分别设有调压装置；调压装置包括连接管和调压腔，调压腔竖直布置，调压腔的内腔侧壁为竖直壁，在调压腔的上顶面上设有通气口，在调压腔的下底面上设有下通孔，在调压腔的腔内上下密闭滑动设有密闭滑块；在位于密闭滑块下方的调压腔的腔内设有下限位圈，在位于密闭滑块上方的调压腔的腔内设有上顶杆，一根弹簧的两端分别固定连接在上顶杆的下表面上和密闭滑块的上表面上；连接管的两端分别对接连接在管道的侧孔上和调压腔下底面的下通孔上；在连接管上设有控制端与控制器相连接的电磁阀。

在要关闭水或要减少轮机发电时，在控制器的控制下打开电磁阀，管道中的水击作用就会分散到各个调压腔中去，从而降低抽水蓄能发电站的管道水击作用破坏，可靠性好。

作为优选，在密闭滑块上设有若干个竖直孔。

作为优选，密闭滑块的上表面包括内环区、中环区和外环区，内环区的圆心、中环区的圆心和外环区的圆心与密闭滑块的上表面中心重合；若干个竖直通孔中包括若干对内环竖直通孔、若干对中环竖直通孔和若干对外环竖直通孔；若干对内环竖直通孔对称布置在内环区内；若干对中环竖直通孔对称布置在中环区内；若干对外环竖直通孔对称布置在外环区内。

竖直孔对称的多孔布置能大大降低管道水击作用破坏，可靠性好。

作为优选，内环竖直通孔的直径大于中环竖直通孔的直径，中环竖直通孔的直径大于外环竖直通孔的直径，内环竖直通孔的直径小于一厘米。

本发明能够达到如下效果：

本发明在要关闭水或要减少轮机发电时，在控制器的控制下打开电磁阀，管道中的水击作用就会分散到各个调压腔中去，从而降低抽水蓄能发电站的管道水击作用破坏，可靠性好。

附图说明

图1为本发明实施例的一种电路原理连接结构示意图。

图2为本发明实施例抽水蓄能发电站的一种连接结构示意图。

图3为本发明实施例的一种最优解x(t)的示意图。

图4为本发明实施例的一种最优解u(t)的示意图。

图5为本发明实施例水库内圆环板处的一种俯视放大连接结构示意图

图6为本发明实施例水库内压力板处的一种侧视放大连接结构示意图。

图7为本发明实施例抽水蓄能发电站的水仓布置在管道的二号管上的一种连接结构示意图。

图8为本发明实施例抽水蓄能发电站的振荡消除竖直管处的一种放大连接结构示意图。

图9为本发明实施例抽水蓄能发电站的管道水击破坏降低策略装置处的一种截面连接结构示意图。

图10为本发明实施例水库内进水罩处的一种截面连接结构示意图。

图11为本发明实施例的模拟信号输入调理电路的一种电路图。

图12为本发明实施例的复合开关的一种电路图。

图13为本发明实施例抽水蓄能发电站管道里有水时的一种连接结构示意图。

图14为本发明实施例调压装置处的一种连接结构示意图。

图15为本发明实施例水库底面的泥沙还比较浅，压力板还没压在泥沙上，二号竖直管还未向上伸高时的一种使用状态连接结构示意图。

图16为本发明实施例水库底面的泥沙已经比较高，并且压力板已经压在泥沙上，二号竖直管已经向上伸高时的一种使用状态连接结构示意图。

图17为本发明实施例密闭滑块竖直孔处的一种俯视连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例，交直流混合微电网协调控制处理系统，参见图1-17所示。

包括储能控制监控平台15、供电网14、连接在供电网上的若干个用电单元13和若干个设置在不同位置的抽水蓄能发电站1；抽水蓄能发电站包括水库38、水轮机35、以及两端分别对接连接在水库出水口41上和水轮机的进水口42上并能将水库的水98引到水轮机的管道40；在抽水蓄能发电站内还分别设有无线模块16、存电量控制发电效率策略模块17、存储器18、并网装置2和控制器12；并网装置包括分别与控制器相连接的一号变压器3、一号电压采样电路4、开关K1、充电器5、储能电池组6、开关K2、逆变器7、过滤器8、二号变压器9、二号电压采样电路10、开关K3和三号电压采样电路11；一号变压器的输入端和充电器的输入端均连接在抽水蓄能发电站的电源输出端上；一号变压器的输出端和一号电压采样电路的采集端均连接在开关K1的一端，开关K1的另一端连接在供电网上；储能电池组的充电端与充电器的输出端连接，开关K3的两端分别连接在储能电池组的放电端和逆变器的输入端，逆变器的输出端连接在过滤器的输入端，过滤器的输出端连接在二号变压器的输入端，二号变压器的输出端和二号电压采样电路的采样端均连接在开关K2的一端，开关K2的另一端连接在供电网上；三号电压采样电路的采样端连接在供电网上；存电量控制发电效率策略模块、无线模块和存储器分别与控制器相连接；控制器通过无线模块与储能控制监控平台相连接。

所述开关K1和关K2均为一种能精确过零投切的复合开关。参见图12所示。

该复合开关包括一号节点701、二号节点702、可控硅开关Kb、磁保持继电器开关Kc、节点Ma、电感La、节点Mb、电容Ca、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C0、光电耦合器OPT、电阻R0、自用电供电模块901、磁驱动电力路502、硅驱动电路503和控制器，光电耦合器OPT包括发光二极管D5和光敏三极管Q0；可控硅开关Kb的一端和磁保持继电器开关Kc的一端分别与一号节点连接，可控硅开关Kb的另一端、磁保持继电器开关Kc的另一端、电感La的一端、二极管D1的正极端和二极管D3的负极端分别与节点Ma连接，电感La的另一端、电容Ca的一端和电容C0的一端分别与节点Mb连接，电容Ca的另一端连接在二号节点上，二极管D2的正极端和二极管D4的负极端都连接在电容C0的另一端上，二极管D1的负极端和二极管D2的负极端都连接在发光二极管D5的正极端上，二极管D3的正极端和二极管D4的正极端都连接在发光二极管D5的负极端上，光敏三极管Q0的发射极接地，光敏三极管Q0的集电极分别与电阻R0的一端和控制器连接，电阻R0的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关Kb的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关Kc的控制端和控制器连接。

当可控硅开关Kb导通时，在磁保持继电器开关Kc还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关Kc也是导通的，即可控硅开关Kb和磁保持继电器开关Kc此时同时处于导通状态。由于可控硅开关Kb支路具有电感La的导通电阻，显然磁保持继电器开关Kc支路的阻抗要远远小于可控硅开关Kb支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关Kc的电流大于流过可控硅开关Kb支路的电流。若磁保持继电器开关Kc不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本方案从通过获取电感La支路的电流I1过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关Kc的触点，让磁保持继电器开关Kc在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关Kc上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关Kc的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

在使用时，一号变压器的输出端和一号电压采样电路的采集端均连接在一个复合开关的一号节点上，该个复合开关的二号节点连接在供电网上。同理，二号变压器的输出端和二号电压采样电路的采样端均连接在另一个复合开关的一号节点上，该个复合开关的二号节点连接在供电网上。通过过零投切上电，电压对电网的损毁小。可靠性好。

将抽水蓄能发电站发出的一部分电存储到储能电池组上，并用存电量去控制发电效率，从而使得抽水蓄能发电站的供电稳定性好。

抽水蓄能发电站还包括下水池27、中转池25、设有下抽水泵23并且能将下水池的水抽到中转池中的下抽水管26和设有上抽水泵80并且能将中转池的水抽到水库中的上抽水管24；并且中转池设置在水库和下水池之间；在水库中设有能检测水库水位高度的水库水位传感器81，在中转池中设有能检测中转池水位高度的中转池水位传感器82；下抽水管的上下管口分别布置在中转池的池口上和下水池内，上抽水管的上下管口分别布置在水库的池口上和中转池内；水库水位传感器、中转池水位传感器、上抽水泵的控制端和下抽水泵的控制端分别与控制器相连接。从水轮机35出去的水由一个排水管79引入下水池中。

上抽水泵和下抽水泵启动后就能将下水池中的水抽入到水库中国循环利用。水库的水通过管道引入到抽水蓄能发电站的水轮机35。

抽水蓄能发电站还包括显示器19和语音提示器20，显示器和语音提示器分别与控制器相连接。

抽水蓄能发电站还包括分别与控制器相连接的模拟信号输入调理电路21和用电调节旋钮22。参见图11所示。

抽水蓄能发电站还包括抽水泵异常检测方法，所示抽水泵异常检测方法如下：预先在存储器中存储有下抽水泵在不同抽水速度下对应的用电档位；使用时，用户将用电调节旋钮由用电最小档位缓慢向用电最大档位调节，模拟信号输入调理电路检测用电调节旋钮每个用电档位对应的抽水速度，控制器判断检测得到的每个用电档位对应的下抽水泵的抽水速度是否达到预先存储的该用电档位对应的抽水速度的正常范围。如果抽水速度没有达到正常范围则判断故障，控制器控制显示器显示下抽水泵抽水速度异常的信息，并控制语音提示器发出语音报警提示，否则，控制器控制显示器输出下抽水泵抽水速度正常的信息；

抽水泵抽水速度异常时，说明此时下抽水泵抽抽同样多的水要耗费更多的电，说明此时的下抽水泵已经出现了抽水异常，需要更换下抽水泵或进行维修。在下抽水泵抽水速度出现异常时能及时提醒用户，检测精度高，误判率和漏判率低，提高维修效率。同理也能判断上抽水泵的异常信息。

所述存电量控制发电效率策略模块的存电量控制发电效率最优策略实现方法如下：

由于抽水蓄能发电站的发电效率和存电量需要稳定在预先设定的水平范围内才能满足抽水蓄能发电站的持续发电功能；若卖电量是能准确预测的，则可根据存电量控制发电效率策略：

首先获得最优控制函数；

记时刻t的存电量为x(t)，单位时间的发电量和卖电量分别为u(t)和v(t)，则他们满足

其中v(t)是已知函数，

预先设定的发电率和存电量分别记为u0和x0，使发电率u(t)和存电量x(t)尽量分别稳定在u0和x0的水平上，求控制函数u(t)后得到二次型目标函数

达到最小值，其中T是任意给定的时间，是加权因子，用来调节u(t)稳定和x(t)稳定二者之间的重要程度，并应用具有时间倒数的量纲；

在(1)、(2)中存电量x(t)是状态函数，为确定起见不妨设t＝0和t＝T时存电量为零，即固定端点条件

x(0)＝0，x(T)＝0 (3)

另外，实际上对发电率和存电量都会有约束条件限制，将该约束条件记为

0≤u(t)≤um，0≤x(t)≤xm (4)

在约束条件(1)、(3)、(4)下求u(t)使得(2)式的泛函数F达到最小值；

从(1)式中解出u(t)代入(2)式，并将其写成x(t)的泛函数

暂不考虑条件(4)，则(3)、(5)构成一个固有端点的泛函数极值问题，用变法求解得到最有解x(t)后再代入(1)，即可获得最优控制函数；

然后根据易于观测的状态x就能决定控制量u；

为简化求解过程，设卖电量为已知常数，即

v(t)＝v0 (6)

用(6)代入(5)式，根据欧拉方程可得最优解x(t)应满足方程

即

方程(7)在端点条件(3)下的解为

将(8)代入(1)式得

(8)和(9)分别为最优状态函数和最优控制函数；

由(8)、(9)两式得到

令T→∞，则对任意有限t，上式右端最后一项趋于零，于是有

上述(11)式表明，根据存电量状态x就能直接确定发电率控制函数u，而不涉及时间自变量t，并且当x增加时u减小，这种控制方式称为状态负反馈，该状态负反馈根据易于观测的状态x就能决定控制量u；

最后要获得约束条件(4)的原问题的最优解；

考察约束条件(4)，利用双曲函数可将(8)、(9)两式重新表示为

根据(12)、(13)式画出最优解x(t)和u(t)的示意图，并从该示意图中可看出，只要xm≥x0，就有0≤x(t)≤xm，即x(t)满足条件(4)；而给出的参数xm和x0自然应该有xm≥x0，另一方面，因为

所以只要u(0)≤um，u(T)≥0，就有0≤u(t)≤um，在这样的条件下(8)、(9)两式给出的x(t)、u(t)也是考虑到约束条件(4)的原问题的最优解；从而即可得到存电量控制发电效率的最优策略。

卖电量是能预先设定或能准确预测的，卖电量预测准确值可根据历史卖电数据得出。

本实施例将抽水蓄能发电站发出的一部分电存储到储能电池组上，并用存电量去控制发电效率，从而使得抽水蓄能发电站的供电稳定性好。

管道包括一号管37和直径大于一号管的二号管36；二号管的下端对接连接在水轮机进水口上，二号管的上端一体对接连接在一号管的下端口上，一号管的上端口对接连接在水库出水口上；

抽水蓄能发电站还包括管道水击破坏降低策略装置39，在二号管上设有一号侧壁孔33；管道水击破坏降低策略装置包括仓腔43上端开口44的水仓32、连通管34和水浪消除装置78；连通管的两端分别对接连接在水仓底部的出水口上和二号管的一号侧壁孔上；

水浪消除装置包括水平间隔两端固定连接在仓腔内上侧壁上的若干根横杆28；在每根横杆上竖直向下设有若干根振荡消除竖直管29，在每根振荡消除竖直管的侧管壁上设有若干个振荡消除侧管孔31；一号管与水平面的夹角为θ。

在每个振荡消除侧管孔上方的振荡消除竖直管上固定设有外端朝下的消振荡块30。消振荡块具有把从下往上振荡的水压入振荡消除竖直管内，消除振荡效果好。

在同一根振荡消除竖直管上的这若干个振荡消除侧管孔呈螺旋状布置。

在位于横杆上方的水仓的仓腔内壁上固定设有下限位块83，在位于下限位块上方的水仓的仓腔内设有能上下密闭滑动的密闭滑板84，在位于密闭滑板上方的水仓的仓腔内设有固定加强杆86，一根弹簧85的两端分别固定连接在固定加强杆的下表面上和密闭滑板的上表面上。

沿着管道还在管道上设有若干个侧孔97，这若干个侧孔设置在管道的不同高度处；在每个侧孔上分别设有调压装置98；调压装置包括连接管87和调压腔90，调压腔竖直布置，调压腔的内腔侧壁为竖直壁，在调压腔的上顶面上设有通气口96，在调压腔的下底面上设有下通孔91，在调压腔的腔内上下密闭滑动设有密闭滑块93；在位于密闭滑块下方的调压腔的腔内设有下限位圈89，在位于密闭滑块上方的调压腔的腔内设有上顶杆95，一根弹簧94的两端分别固定连接在上顶杆的下表面上和密闭滑块的上表面上；连接管的两端分别对接连接在管道的侧孔上和调压腔下底面的下通孔上；在连接管上设有控制端与控制器相连接的电磁阀88。

在密闭滑块上设有若干个竖直孔92。

密闭滑块的上表面包括内环区205、中环区203和外环区201，内环区的圆心、中环区的圆心和外环区的圆心与密闭滑块的上表面中心重合；若干个竖直通孔中包括若干对内环竖直通孔206、若干对中环竖直通孔204和若干对外环竖直通孔202；若干对内环竖直通孔对称布置在内环区内；若干对中环竖直通孔对称布置在中环区内；若干对外环竖直通孔对称布置在外环区内。

内环竖直通孔的直径大于中环竖直通孔的直径，中环竖直通孔的直径大于外环竖直通孔的直径，内环竖直通孔的直径小于一厘米。

在要关闭水或要减少轮机发电时，在控制器的控制下打开电磁阀，管道中的水击作用就会分散到各个调压腔中去，从而降低抽水蓄能发电站的管道水击作用破坏，竖直孔对称的多孔布置能大大降低管道水击作用破坏，可靠性好。

在水库的内壁面上设有能测量水面高度的水深标尺线207，在水深标尺线处的水库上设有能观察水面高度的控制端与控制器相连接的摄像头208。

在抽水蓄能发电站上还设有分别与控制器相连接的无线定向收发器209、卫星校时器210、GPS定位器211和地址编码器212。

所述管道水击破坏降低策略装置的管道水击降低最优策略实现方法如下：

(一)、根据牛顿第二力学定律，一号管内作用在水流运动方向的力之和即有

其中，ρ为水的密度，L为一号管长，s1一号管截面积，y为一号管内的水流速度，m2为一号管下端出水口处水的压强，m1为一号管上端入水口处水的压强，g为重力常量，θ为一号管与水平面的夹角，c为粘滞系数；

y(t)为一号管内在时间t时的水流速度，m2(t)为一号管下端出水口处在时间t时水的压强；

水库水位不变，所以一号管上端入水口处水的压强m1为常数；

水与一号管均无弹性，单位长度管壁对水流的阻力与水流速度的平方成反比，比例常数c称为粘滞系数；

(二)、因为水仓进水口在仓底部，仓内水柱的重力ρs0hg形成底部与顶部压力之差s1m2-s0m1，于是水仓的静力学方程为

s1m2-s0m1＝Ps0hg (A2)

其中，h为水仓水位高度，s0水仓截面积；

(三)、根据能量守恒定律，水仓进出水量之差等于仓内水量的变化，即有

其中，s2为二号管横截面积，w(t)为水仓出水口在时间t时的水流速度；

当水仓出水口的水流速度w(t)改变时，仓内水位h(t)的变化规律，从(A1)-(A3)式中消去m2和y(t)，可得

其中，h(t)为水仓在时间t时的水位高度；

当w(t)在稳定状态w0附近有微小变化时，h(t)也在稳定状态h0附近变化；在(A4)式中令h(t)＝h0和w(t)＝w0，h0和w0都为常数，得到

其中，m0为顶部大气压，

设w(t)＝w0+εw1(t)，h(t)＝h0+εh1(t) (A6)

其中，ε很小，将(A6)式代入(A4)式并略去含ε以及ε²的项可得

或记作

方程(A8)的初始条件可设为

对于给定的各种形式w1(t)，(A8)-(A10)式很容易求解，(A8)式的通解为

其中ξ0、是任意常数；当时呈现振荡，由(A9)式振荡条件可表示为

在实际工程中，s1、s0、L、s2参数受到各种条件限制，但工程修建完成后s1、s0、L、s2均为已知参数，粘滞系数c很小，η不大，在条件(A12)式下形成衰减很慢的震荡，又因为s0＞s1，L较大，故k很小，ω很小，导致水仓内水的振荡周期长，这是不希望的，因此通过在水仓内设置管道水击破坏降低策略装置来消除水仓内水的振荡就是管道水击降低最优策略实现方法。

本实施例通过管道水击破坏降低策略装置来降低管道水击作用破坏；在水仓的仓腔中的水出现上下振荡时，带孔的若干根振荡消除竖直管就能让水的振荡很快消失，可靠性高。

水库出水口设置在水库的库底面上41，在水库出水口处的水库内底面上设有中间有板孔45的库底一号密闭滑板46，一号管的上端口对接密闭固定连接在库底一号密闭滑板的板孔上；在库底一号密闭滑板的板孔处向上设有一号竖直管47，并且一号竖直管的管心线与库底一号密闭滑板的板孔的孔心线均落在同一条竖直直线上；在一号竖直管内上下滑动设有二号竖直管48，在二号竖直管的上管口上固定连接有进水罩73，在进水罩的上表面上分别设有辅助孔68、竖直罩孔74和若干进水孔69；在进水罩的侧表面上固定套设有圆环板51，在圆环板的上表面上沿着圆环板的周面设有齿轮55，在圆环板的四周朝外均布设有四根水平杆52，在每根水平杆的外端固定连接有压力板53，并且压力板的两端均向上翘起54；一根三号竖管49的上端竖直固定连接在竖直罩孔内；在三号竖管的侧管壁上设有侧壁孔72，一根斜管70的两端分别密闭固定对接连接在辅助孔上和三号竖管的侧壁孔上；一根一号转轴71的下端水平转动设置在三号竖管内，并在位于竖直罩孔上方的一号转轴上套紧固定连接有圆环块66，在圆环块的下表面上设有能在进水罩的上表面上滚动的滚珠67；一根二号转轴75的上端固定连接在一号转轴的下表面上，并在二号转轴上设有螺旋叶片50；二号转轴的直径小于一号转轴的直径，并且螺旋叶片位于三号竖管的侧壁孔的下方；一号转轴的下端位于三号竖管的侧壁孔的上方；在位于圆环块上方的一号转轴上设有一号齿轮65，在位于一号转轴右方的进水罩上竖直向上设有三号转轴62，在位于三号转轴右方的进水罩上竖直向上设有四号转轴61，在位于四号转轴右方的进水罩上水平朝右设有五号转轴59；在三号转轴上设有直径大于一号齿轮且与一号齿轮相互咬合驱动连接的二号齿轮64；在位于二号齿轮下方的三号转轴上设有直径小于一号齿轮的三号齿轮63；在四号转轴上设有直径大于二号齿轮且与三号齿轮相互咬合驱动连接的四号齿轮76；在位于四号齿轮下方的四号转轴上设有一号锥形齿轮60；在五号转轴的左端固定设有与一号锥形齿轮相互咬合驱动连接的一号转向齿轮77；在五号转轴的右端竖直固定设有竖直转动盘58，在竖直转动盘的二分之一的外圆周面上设有能与圆环板上的齿轮相互咬合驱动连接的齿轮56；竖直转动盘的其余外圆周面为不与圆环板上的齿轮想接触的光滑圆弧面57。

让一号管的进水口一直位于水库底面泥沙99的上方，水库底面的泥沙不易进入到一号管内，降低泥沙对管道和水轮机的破坏，安全性好。

本实施例具有网络监控，将抽水蓄能发电站发出的一部分电存储到储能电池组上，并用存电量去控制发电效率，从而使得抽水蓄能发电站的供电稳定性好，出现水库水量小而导致抽水蓄能发电站的发电量小时，则启动电池组对外发电，从而使得抽水蓄能发电站的供电稳定性好，并能降低管道水击作用破坏，水库底面的泥沙不易进入到管道内从而降低泥沙对管道内壁和水轮机叶片造成撞击破坏。当负荷需求较低，水轮机需求的水量较少时，水仓储存下大量的水，水仓内水位较高；当负荷需求突然变大就可以利用水仓中的水来满足水轮机对水量的增加，避免管道中水流速度发生突然大变化而引起较大破坏管道的“水击作用”的出现。

上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。