一种配电网风力发电设备和光伏发电设备出力协调装置及出力协调方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于配电网技术领域，特别涉及一种配电网风力发电设备和光伏发电设备 出力协调装置及出力协调方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电和光伏发电都是复杂的系统，如何根据风力发电和光伏发电设备的运行 特点进行协调调度，使现有工程发挥最大效益，越来越受到重视，以往风力发电和光伏发电 调度的特点是运行人员凭借主观判断控制决策风力发电和光伏发电的运行，在这个过程中 有很多模糊性的内容，因此，对配电网内风力发电和光伏发电设备的电气参数及气象环境 参数进行实时监测，并根据监测参数对风力发电和光伏发电设备间出力协调比例进行计 算，根据计算结果实时地对风力发电和光伏发电设备输出功率进行控制，能够有效避免风 力发电和光伏发电设备间的功率分配不合理现象，显著提高电力系统可靠性和经济性。
【发明内容】
[0003] 本发明就是针对上述问题，提供一种数据采集准确、速度快的配电网风力发电设 备和光伏发电设备出力协调装置及出力协调方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明配电网风力发电设备和光伏 发电设备出力协调装置包括发电设备终端和调度中心端；所述的发电设备终端包括传感 器、A/D模数转换器、DSP微处理器、FPGA数据计算芯片和4G通信模块，所述调度中心端包 括工控机和4G通信模块，所述传感器的输出端与A/D模数转换器输入端相连，A/D模数转 换器的输出端与DSP微处理器的输入端相连，DSP微处理器的输出端与FPGA数据计算芯片 的输入端相连，FPGA数据计算芯片的输出端与发电设备的控制单元和4G通信模块的输入 端相连；
[0005] 所述传感器包括电流互感器、电压互感器、功率变送器、温度传感器、噪声传感器， 电流互感器输出端口、电压互感器输出端口、功率变送器输出端口、温度传感器输出端口、 噪声传感器输出端口分别与A/D模数转换器的输入端口相连。
[0006] 作为另一种优选方案，本发明所述传感器选用DHC03B型电流互感器、DH51D6V0. 4B 型电压互感器、SSETCE-C03型功率变送器、HE-200红外温度传感器和CRY2110型噪声传感 器。
[0007] 作为另一种优选方案，本发明所述A/D模数转换器采用TLC2543串行A/D转换器， 4G通信传输单元采用ME3760型号的LTE模块，DSP微处理器选用TMS320F2812芯片，FPGA 数据计算芯片选用EPM7064SLC44芯片，发电设备的控制单元51单片机ST89C51芯片；
[0008] 电流互感器、电压互感器、功率变送器、温度传感器、噪声传感器输出端分别经过 信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN4,A/D转换器TLC2543的输 出端E0C、I/0、IN、0UT、CS分别连接到DSP芯片TMS320F2812 的XA1-XA5 引脚，TMS320F2812 的XD0-XD7 引脚分别与FPGA芯片EPM7064SLC44 的 1017-1021、1024-1026 引脚，FPGA芯 片EPM7064SLC44 的 104-106、108、109、1011、1012、1014 引脚分别与单片机STC89C51 芯 片的P0. 0-P0. 7相连，STC89C51芯片的RXD、TXD与发电自动控制装置相连，FPGA芯片 EPM7064SLC44的1037引脚与4G通信模块ME3760的DATA端相连，4G通信模块的ATN1端 通过天线将数据传送到远方调度终端的UN0-3072系列PentiumΜ嵌入式工控机。
[0009]另外，本发明所述信号转换电路采用TLC4501芯片。（设置信号转换电路，保证信 号采集的频带宽度、转换速率和电压增益，同时降低输入失调电压和电流以及温度漂移）。
[0010] 其次，本发明所述4G通信模块ΜΕ3760的XCLK1脚分别与1600MHz晶体振荡器一 端、电阻-端、电容c45 -端相连，电阻R24另一端分别与1600MHz晶体振荡器另一端、 ME3760的XCLK2脚、电容C44 一端相连，电容C45另一端分别与ME3760的VSS脚、电容C44另 一端、地相连。
[0011] 电流、电压、功率、温度、噪声信息经过各传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变 为数字信号后，送入DSP芯片进行数据处理，处理后的信息数据由DSP的并行数据输出接口 送到FPGA的数据输入口，再由FPGA将数据送到4G通信模块，为与远方调度端的工控机通 讯做好准备；工控机对电流、电压、功率、温度、噪声信息数据进行计算后，将计算结果通过 4G通信网络传输到4G通信模块，然后由4G模块将计算结果送到FPGA，由FPGA将数据送至 单片机STC89C51，由单片机通过TXD口对发电自动控制装置发出控制命令。
[0012] 配电网风力发电设备和光伏发电设备出力协调方法，包括如下步骤：
[0013] 步骤1:发电设备终端采集发电设备的电流、电压、功率、温度、噪声参数，通过4G 通信模块将采集的发电设备的电流、电压、功率、温度、噪声测量值传输到调度中心端的工 控机，发电设备的电流、电压、功率、温度、噪声作为输入量
[0014] 步骤2:建立目标优化函数
[0015] 步骤2. 1:建立优化目标函数：
[0016]
(5)
[0017] 步骤2. 2:构建配网风力发电设备和光伏发电设备状态数据的η维相空间
[0018] 步骤3:对顶点的目标函数值进行迭代运算
[0019] 步骤3. 1:对定点的目标函数值进行反射运算：
[0020]
C6)
[0021] F为相空间内各点范数的平均值，Ph为相空间内原有顶点，Κ为通过反射运算寻 找的新顶点；
[0022] 步骤3. 2 :对顶点的目标函数进行扩张运算：
[0023]
(7)
[0024] 为通过扩张运算寻找的新顶点，扩张系数Y= 1. 2;
[0025] 步骤4:根据配电网风力发电设备和光伏发电设备的特征量进行快速协调；
[0026] 对新目标函数为y=minfUJ+gUJ+kUi)进行求解，惩罚函数 其中Pi为风力发电设备和光伏发电设备t发出功率，.prs为^功
；* 率最大值，约束函数辦1# =? 其中h为t中电流值，^为Wl电阻值，t为电网系统运 行的时间；
[0027] 步骤5:调度中心端工控机将协调计算结果Pl通过4G通信模块传输到发电设备终 端，发电设备终端通过发电控制单元调整发电设备的功率输出。
[0028] 作为一种优选方案，本发明所述α=〇· 77。
[0029] 本发明有益效果。
[0030]DSP微处理器和FPGA数据计算芯片相结合，提高了数据采集准确性和全面性，提 高数据采集速度和精度。本发明通过配电网内发电设备间的协调控制，有效避免了发电设 备对电网产生的冲击，大大提高发电设备发电并网效率，降低了发电并网成本。通过调度中 心端的协调计算，最后得到发电设备理想的出力水平。改善了电力品质，提高了配电网和发 电设备可靠性，同时协调同步过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，提高协调 计算的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配电网中的发电设备进行 协调同步。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限 于以下内容的表述。
[0032] 图1是本发明电路原理框图。
[0033] 图2是本发明电路原理图。
【具体实施方式】
[0034] 如图所示，本发明配电网风力发电设备和光伏发电设备出力协调装置包括发电设 备终端和调度中心端；所述的发电设备终端包括传感器、A/D模数转换器、DSP微处理器、 FPGA数据计算芯片和4G通信模块，所述调度中心端包括工控机和4G通信模块，所述传感器 的输出端与A/D模数转换器输入端相连，A/D模数转换器的输出端与DSP微处理器的输入 端相连，DSP微处理器的输出端与FPGA数据计算芯片的输入端相连，FPGA数据计算芯片的 输出端与发电设备的控制单元和4G通信模块的输入端相连。
[0035] 上述传感器选用DHC03B型电流互感器、DH51D6V0. 4B型电压互感器、SSETCE-C03 型功率变送器、HE-200红外温度传感器和CRY2110型噪声传感器。
[0036] 上述A/D模数转换器选用TLC2543A/D转换芯片。
[0037] 上述DSP微处理器选用TMS320F2812芯片。
[0038] 上述FPGA数据计算芯片选用EPM7064SLC44芯片。
[0039] 上述发电设备控制单元为51单片机ST89C51芯片。
[0040] 上述4G通信模块为ME3760型号LTE模块。
[0041] 电流互感器、电压互感器、功率变送器、温度传感器、噪声传感器输出端分别经过 信号转换电路后连接到A/D转换器TLC2543的输入端AIN0-AIN4,如图2所示，A/D转换器TLC2543 的输出端EOC