一种基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理系统及方法与流程

本发明涉及抽水蓄能监测，具体为一种基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理系统及方法。

背景技术：

1、抽水蓄能为一种储能技术，其原理是利用水作为储能介质，通过电能和势能相互转化，实现电能的储存和管理；具体为在电力负荷低谷时，使用电能将下水库水抽至上水库中，在电力负荷高峰时，通过释放上水库中水将势能转化为电能进行发电；抽水蓄能适用于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，还可提高系统中火电站和核电站的效率；

2、现如今，抽水蓄能发电技术发展较为成熟，其在高负荷需求时，转化高位置水势能满足用电需求；在低负荷需求时，将低位置水抽取到高位置以存储能量；通过以上模式可以灵活的满足各种电网需求，但是这种模式十分依赖高水库的含水量，若水储存量不足则会导致这种发电模式持续发电输电的不稳定；因此，这种发电模式较为固定，无法针对动态水量变化进行发电模式的改变。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理系统，所述基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理系统包括多阵数据监测模块、多类数据存储模块、多数据分析模块和模式调控中心；

4、所述多阵数据监测模块用于对上水库水位数据、输水管道数据和发电机组数据进行监测并采集；所述多类数据存储模块用于将采集数据通过传输光纤进行传输并接收分类存储；所述多数据分析模块根据采集的水位数据、管道数据和发电机组数据进行分析；所述模式调控中心针对数据分析结果进行对应的调控操作；

5、所述多阵数据监测模块连接于多类数据存储模块；所述多数据分析模块连接于多类数据存储模块；所述多数据分析模块连接于模式调控中心；所述模式调控中心连接于多类数据存储模块。

6、所述多阵数据监测模块包括水位监测单元、管道监测单元和发电机组监测单元；所述水位监测单元通过水位计对上水库进行水位变化量的测量并对水库底部横截面积进行测量；所述管道监测单元对输水管道的横截面积进行采集；所述发电机组监测单元对电网中的负荷电量需求数据和输电时间进行采集。

7、所述多类存储模块包括光传输单元和分类存储单元；所述光传输单元通过将激光器作为光源，利用调制激光器输出的光波进行数据传输，在接收端通过光接收器接受光信号，将光信号转换为电信号；此处，调制激光器输出的光波在光纤中进行路径传输；而在光纤铺设过程中，对于光纤连接处需要加接的光纤旋转连接器，目前的光纤旋转连接器的结构主要分为直接对接型和光学透镜扩束型，在本发明中所使用的为直接对接型设计，此设计主要为光纤与光纤进行直接对接耦合；所述分类存储单元将接收的数据通过聚类算法进行分类，根据分类结果进行单独存储。

8、所述多数据分析模块包括水库水位数据分析单元、输水管道数据分析单元和负荷需求数据分析单元；所述水库水位数据分析单元结合上水库发电过程中的水位变化量和水库的底部横截面积数据进行水储量分析；所述输水管道数据分析单元针对不同储存数量的情况和电网负荷需求分析管道的最佳流通横截面积和水流的流速；所述负荷需求数据分析单元分析电网的负荷需求，根据负荷需求计算发电机组所需输电量、输电时间和抽水电量需求。

9、所述模式调控中心包括输水管道调控单元和发电蓄电调控单元；所述输水管道调控单元根据管道数据分析结果调控管道的输水横截面积，控制流经管道的水流量；所述发电蓄电调控单元用于根据电网负荷需求调控系统的工作模式，电网负荷需求高则调控系统发电，电网负荷需求低则调控系统抽水蓄能。

10、一种基于无线传输的抽水蓄能监测数据管理方法，该方法包括以下步骤：

11、s100、通过在抽水蓄能发电站上水库、输水管道和发电机组部分架设设备进行设备数据监测和采集；

12、s200、将采集的数据通过光波进行传输，将接收的数据完成分类并进行存储；

13、s300、对电网负荷需求进行分析，结合电网负荷需求和蓄电站的状态数据对水库水位、管道输水流量和流速及发电机组的发电量和发电时间作分析；

14、s400、模式调控中心根据数据分析结果对抽水蓄能系统进行统筹调控。

15、所述s100中通过在抽水蓄能发电站上水库、输水管道和发电机组部分架设设备进行设备数据监测和采集的具体步骤如下：

16、s101、通过在上水库、下水库、输水管道和发电机组部分架设监控设备对抽水蓄能发电站的工作状态进行监控；

17、s102、通过gps测量仪对上下水库之间的高度差进行测量；利用水位计对上水库的水位数据进行测量；通过激光扫描仪获取水库的底部三维数据，根据数据计算水库的底部横截面积和管道全开时的横截面积；通过发电站与电网的连接终端获取电网负荷分配给对应抽水蓄能发电站的发电量需求计划量。

18、所述s200中将采集的数据通过光波进行传输，将接收的数据完成分类并进行存储的具体步骤如下：

19、s201、将采集的数据通过架设在监测设备并与监测设备相连接的激光源进行光波转换并进行传输；通过在发电站端的管理终端架设接收器，接收传输的光波并进行数据转换；

20、s202、对采集的数据、分析数据和调控数据利用聚类算法进行精细划分，根据分类结果对数据进行划区域独立存储。

21、所述s300中对电网负荷需求进行分析，结合电网负荷需求和蓄电站的状态数据对水库水位、管道输水流量和流速及发电机组的发电量和发电时间作分析的具体步骤如下：

22、s301、通过发电站与电网连接终端获取当前发电站的发电需求计划量epq和计划输电时间tpq；根据公式计算上水库水流在管道中的平均流速；其中，g为重力加速度，h为上下水库之间的高度差；通过势能与动能公式的转换公式计算水流的流速；通过公式计算输水管道全开时的平均流量；其中，a为管道全开时的横截面积；通过公式计算输水管道全开时的计划发电时长内的需水体积；通过公式mpq＝ρ*vpq计算计划时间内的管道全开的需水质量；其中，ρ为水库中水的密度；根据公式e′pq＝mpqgh*ε计算计划时间内管道全开的状态下发电站的实际发电量；其中，ε为发电机组的发电效率，本发明中由于在发电机组架设有光纤光栅传感器对发电机转子、定子、轴承等温度进行实时在线监测，确保了发电机组内部零件的实时运转状态，能够及时对异常数据进行调控，从而确保了发电机组长期保持较高的发电效率；其中光纤光栅传感器具有本质安全、耐高压、不受电磁干扰、可靠性高、体积小、分布式等优点优；除外，由于考虑到发电机待测环境存在潮湿、污秽引起的绝缘问题，通过采用陶瓷材料封装的温度传感器和耐高压特氟龙传输光纤进行组网，确保传感器监测和传输数据的稳定性和可靠性；将epq与e′pq的大小进行比较，根据比较结果进行二次分析；首先，对电网分配的计划数据，根据当前发电站的最高发电能力进行计算，判断是否可在计划发电时间内完成发电计划量；

23、光纤光栅传感器采用波长调制实现传感，是一种本征型传感器，所以其除了具有一般光纤传感器的电绝缘、抗电磁干扰等特点外，还具有采用波长编码，易于复用和组网，不易受强度噪声影响等特点；光纤光栅本质上是对温度和应变的变化敏感，因此，采用光纤光栅制成的光纤应力应变传感器及光纤温度传感器成为了光纤光栅在光纤传感领域里的直接应用。然而，通过对光纤光栅进行封装,利用封装结构将被测量转换为温度或应变的变化，即可实现其它物理量的传感，例如浓度、折射率、电磁场、加速度等；根据光纤光栅的周期结构和折射率调制特点，可将光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅，其中均匀光纤光栅又包括fbg和lpfg。在波长调制型光纤温度传感器中fbg的应用比较多；实现光纤光栅温度传感器感测的方法有很多，但大多数的方法都是需要经过多种数值计算整合或是需要多种感测组件设计，其成本及技术要求均会比较高。为了解决应力和温度相互对fbg的影响，本项目将设计新的结构方案，采用双材料悬臂梁结构，并通过优化探测器、点胶工艺来获得光纤光栅双材料震动无感温度传感器的更好的方案，与现有的传感器结构相比，该方案结构简单、易于加工、测量精度高，将具有广阔的应用前景。本项目研究光纤光栅双材料震动无感温度传感器可以应用于大型设备来测量温度的变化，光纤光栅双材料震动无感温度传感器可以排除震动带来的噪声，从而更准确的来测量温度的实际变化；

24、s302、若epq＞e′pq，则向模式调控中心反馈电网的分配计划量存在错误，记作第一反馈结果；若在计划时间内，以发电站的最高发电能力无法完成发电要求，则电网的分配计划存在错误；若epq≤e′pq，则计算上水库当前的可用存水量体积，其公式为vft＝(h2-h0)*a库；其中,h2为当前上水库水位高度，h0为水库保护临界水位高度，a库为水库底部横截面积；通过公式mft＝ρ*vft计算当前上水库中可用水质量；根据公式eft＝mftgh*ε计算当前上水库的存储水的发电量；若eft＞epq，则当前上水库的水存储量充足，则按照电网分配的计划发电量和发电时间进行发电工作；若eft＜epq，则当前上水库的水存储量不足，则反馈分配电量无法完成，采取输水的同时减小输水管道的横截面积；通过公式计算减小至满足发电时间的管道横截面积a0；通过公式计算管道横截面积的减小速率；此处，首先当前发电站的最高发电能力是可以满足电网分配的计划量的，则计算当前发电站的可发电量是否可满足计划发电量，若现存的储水量满足，则照常进行发电工作；若无法满足，则首先向模式调控中心先反馈计划发电量无法完成，其次则通过计算在输水的同时，逐渐管道的通水横截面积，是否可以满足计划发电时间，计算满足的最终管道横截面积，并通过计算得出管道收缩速率；通过这种操作可以保证在完成计划发电时间的同时进行当前发电站的最高发电量；

25、s303、通过调取发电组的监测数据，采取发电机组的功率w和启动时间t，则根据公式e启＝w*t计算发电机组的启动所需能量；通过公式计算发电机组启动所需水的质量；此处通过势能公式计算的质量单位为千克，需将其进行单位换算为吨进行后续计算；根据公式计算发电机组启动所需输水管道的启动横截面积，则以a启为最小输水管道横截面积阈值；则a0∈[a启,a]，若a0≥a启，则反馈发电时间满足，记作第二反馈结果；若存在a0＜a启，则管道横截面积最小减小至a启，且对模式调控中心反馈发电时间无法满足，记作第三反馈结果；通过计算发电机组在接收水流传递的动能下的启动所需能量，并反向计算管道的最小输水横截面积，以此值为阈值对上述计算的最终横截面积进行对比，若上述计算值大于阈值，则可以完成计划发电时间；若上述计算值小于阈值，则上述计算值以阈值代替，并反馈无法完成计划发电时间，在上水库储水量达临界值，停止发电。

26、所述s400中模式调控中心根据数据分析结果对抽水蓄能系统进行统筹调控的具体步骤如下：

27、s401、模式调控中心根据是否接收反馈信息，若无反馈信息则发电流程正常按照计划进行；若接收到反馈信息，根据具体反馈内容对发电站做调控；若反馈结果为分配计划错误，则向电网终端发送重新分配请求；若反馈结果为计划发电量无法满足而发电时间可满足，则根据管道数据分析结果对管道的输水横截面积进行收缩控制以满足发电时间；若发电量无法满足且反馈发电时间无法满足，则控制输水管道横截面积为最小阈值进行发电直至上水库水储存量至保护临界值，则停止发电；

28、s402、模式调控中心在完成发电操作后，通过检测电网负荷数据，判断是否处于低谷时间，若处于低谷时间则控制抽水机进行抽水蓄能操作；若不处于低谷时间，则不进行抽水蓄能。

29、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过多阵数据监测模块、多类存储模块、多数据分析模块和模式调控中心的多模块组合工作，实现对抽水蓄能发电站发电全过程的数据监测、采集、存储、分析和调控，达到对电网分配数据的合理判断，对当前发电站存水量是否可完成计划的判断，根据不同水存储量对管道完成计划发电时间的收缩程度的分析和调控，以达到在计划分配任务无法百分百完成的情况进行最佳的发电操作调控；本发明通过监测分析蓄水库数据与电网负荷需求，对输水管道进行灵活调配以满足持续稳定的电力输供。