一种配电网水力发电和储能设备协调装置及协调方法
【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水力发电和储能设备协调装置 及协调方法。
【背景技术】
[0002] 水利发电是一个复杂的系统，如何根据水利发电和储能设备的运行特点进行水库 调度，使现有工程发挥最大效益，越来越受到重视，W往水利发电调度的特点是运行人员凭 借主观判断控制决策水利发电的运行，在送个过程中有很多模糊性的内容，因此，对配电网 内水利发电和储能设备的电气参数及气象环境参数进行实时监测，并根据监测参数对水力 发电和储能设备间出力协调比例进行计算，根据计算结果实时地对水利发电和储能设备输 出功率进行控制，能够有效避免水利发电和储能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、速度快的配电网水力发电和 储能设备协调装置及协调方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明配电网水力发电和储能设备 协调装置包括发电设备终端和调度中必端；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，所述调度中必端包括工控机和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，发电设 备的控制单元与人机交互信息显示单元相连；
[0005] 所述传感器包括电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、噪声传感器、 降雨量传感器，电流互感器输出端口、电压互感器输出端口、温度传感器输出端口、湿度传 感器输出端口、噪声传感器输出端口、降雨量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D肥03B型电流互感器、 D册1D6V0. 4B型电压互感器、肥-200红外温度传感器、STYB3100111A50型湿度传感器、 CRY2110型噪声传感器、BL-YW900型雷达液位传感器。
[0007] 作为另一种优选方案，本发明所述A/D模数转换器采用化C2543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采用51单片机ST89巧1芯片， 人机交互信息显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块；
[0008] 电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、噪声传感器、降雨量传感器输 出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器化C2543的输入端AIN0-AIN5,A/D转换器 TLC2543 的输出端EOC、I/O、IN、OUT、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EPM7064aX44 的I017-I02UI024-I026 引脚，FPGA芯片EPM7064aX44 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，单片机STC89C51芯片的P1. 0-P1. 7与液晶显示模块的 D0-D7连接，单片机STC89C51芯片的P2. 0-P1. 4与液晶显示模块的RS、RW、CS1、CS2、EN相 连接，STC89巧1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系列化ntiumΜ嵌入式工控机。
[0009] 作为另一种优选方案，本发明所述信号转换电路采用化C4501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 W及温度漂移）。
[0010] 其次，本发明所述化C4501芯片5脚分别与电阻R3 -端、电阻R4 -端、电容〔2 - 端相连，电阻R4另一端接1. 5V电源，电容C2另一端接地，电阻R3另一端分别与化C4501芯 片1脚、电阻R2 -端、电容C1 一端相连，电容C1另一端分别与电阻R2另一端、TLC4501芯 片2脚、传感器的输出端相连，TLC4501芯片3脚接地；TLC4501芯片7脚通过电阻R8与Α/ D转换器输入端口相连。
[0011] 另外，本发明所述STC89C51芯片的XTAL1引脚分别与晶振一端、第一 30pF-端相 连，第一 30pF另一端分别与地线、STC89巧1芯片的GND引脚、第二30pF-端相连，第二30pF 另一端分别与晶振另一端、STC89C51芯片的XTAL2引脚相连。
[0012] 电流、电压、温度、湿度、噪声、降雨量信息经过各传感器，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、温度、湿度、噪声、降雨量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，并在人机交互信息显示单元进行显示。
[0013] 本发明配电网水力发电和储能设备协调方法，包括如下步骤：
[0014] 步骤1 ;发电设备终端采集水力发电设备和储能设备的电流、电压、温度、湿 度、噪声、降雨量参数，通过4G通信模块将采集的电流、电压、温度、湿度、噪声、降雨量 测量值传输到调度中必端的工控机，电流、电压、温度、湿度、噪声、降雨量作为输入量： 义邸二(Χι'Υζ'.'Χ,'Υα·,);
[001引步骤2 ;建立目标优化函数
[0016] 步骤2. 1 ;建立优化目标函数：
[0017] ")
[0018] 步骤2. 2 ;构建水力发电和储能设备状态数据的η维相空间
[0019] 步骤3 ;对顶点的目标函数值进行迭代运算
[0020] 步骤3. 1 ;对定点的目标函数值进行反射运算：
[0021]
(巧
[0022] 声为相空间内各点范数的平均值，Ph为相空间内原有顶点，r为通过反射运算寻 找的新顶点；
[0023] 步骤3. 2 ;对顶点的目标函数进行扩张运算：
[0024]
(4)
[00巧]P**为通过扩张运算寻找的新顶点，扩张系数Y= 1. 5 ;
[0026] 步骤3. 3 ;对顶点的目标函数进行收缩运算：
[0027]
(5)
[002引如果新顶点下的目标函数满足f(P"Vf化），则将所有点进行替换：
[0029] Pi=化+Pi) /2 (6)
[0030] 式化）中Pi为新生产的相空间相点，Pi为原相点中范数最小的点，即原来最低的 相点；
[0031] 通过收缩运算，求得了最大值顶点和重必连线上的某一点；在进行反射、扩张、收 缩的过程中，当顶点向量中各维变量值小于0时，取为0 ;当其大于所允许最大功率时，取为 该最大功率数。
[0032] 步骤4 ;根据配电网水力发电和储能设备特征量进行快速协调同步
[003引对目标函数为y=minf(Xi)+g(Xi)+k(Xi)进行求解，惩罚函数
其中Pi为水力发电和储能设备发出功率，为功率最大值， 约束函数
其中Ii为中电流值，为电阻值，t为电网系统运行的时间；
[0034]步骤5 ;调度中必端工控机将协调计算结果Pi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水力发电设备和储能设备的功率输出。
[0035] 作为一种优选方案，本发明所述α= 0. 83。
[0036] 作为一种优选方案，本发明所述收缩系数目=0. 5。
[0037] 本发明有益效果。
[0038] 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水力发电设备和储能设备间的协调控制，有 效避免了水利发电设备和储能设备对电网产生的冲击，大大提高配网内多种发电设备发电 并网效率，降低了水力发电并网和储能设备运行成本。通过调度中必端的协调计算，最后得 到水力发电设备和储能设备理想的出力水平。改善了电力品质，提高了配电网、水力发电设 备和储能设备可靠性，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W较高精度和较短响应时间的优势对配电网中的水力发 电设备和储能设备进行协调同步。
【附图说明】
[0039] 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W下内容的表述。
[0040] 图1是本发明电路原理框图。
[0041] 图2是本发明电路原理图。
【具体实施方式】
[0042] 如图所示，本发明配电网水力发电和储能设备协调装置包括发电设备终端和调度 中必端；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，所述调度中必端包括工控机和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，发电设备的控制单元与人机交互信息显示单 元相连。
[0043] 上述传感器选用D肥03B型电流互感器、D册1D6V0. 4B型电压互感器、肥-200红外 温度传感器、STYB3100111A50型湿度传感器、CRY2110型噪声传感器、BkYW900型雷达液位 传感器。
[0044] 上述A/D模数转换器选用化C2543A/D转换芯片。
[0045] 上述DSP微处理器选用TMS320F2812芯片。
[0046] 上述FPGA数据计算芯片选用EPM7064SLC44芯片。
[0047] 上述发电设备控制单元为51单片机ST89C51芯片。
[0048] 人机交互信息显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块。
[0049] 上述4G通信模块为ME3760型号LTE模块。
[0050] 电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、噪声传感器、降雨量传感器输 出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器化C2543的输入端AIN0-AIN5,如图2所 示，A/D转换器TLC2543的输出端E0C、I/O、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EPM7064aX44 的 1017-1021、 1024-1026 引脚，FPGA芯片EPM7064a