CN104795890B - 一种小水电集群优化调控系统 - Google Patents

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Abstract

一种小水电集群优化调控系统，包括上级自动化系统服务器、能量管理系统主站以及分布式小水电群。能量管理系统主站由能量管理系统服务器、工作站、交换机、小水电群运行控制器、防火墙、前置机和公网路由器组成。能量管理系统服务器分别通过电力数据网交换机和配网调度层交换机与上级自动化系统服务器和主站其他设备交互数据；小水电群由多个分散的小水电站构成，每个小水电站分别通过各自的变压器接入变电站母线或线路；小水电站内均安装了控制系统，控制系统由无线通信模块、数据采集与处理模块、励磁控制模块和阀门控制模块组成。分布式小水电群与能量管理系统主站通过无线通信模块交互数据。该系统可解决小水电集群的优化调控问题。

Description

一种小水电集群优化调控系统
技术领域
本发明涉及一种小水电集群优化调控系统，属小水电控制技术领域。
背景技术
水能资源具有可再生和无污染等特点，既不存在资源枯竭的问题，又不会对环境造成污染。大力建设水力发电，不仅有助于改善能源的消费结构，降低人们对煤炭和石油等传统化石能源依赖，而且有助于减少二氧化碳的排放量，保护人们赖以生存的生态环境。因此，开发水能是世界各国能源发展战略的优先选择。
根据装机容量，可将水电站分成大型水电站、中型水电站和小型水电站三类。对于大、中型水电站，自动化程度较高，基本实现了对其的优化调度；而对于小型水电站，大多是依山顺势而建，具有点多、面广、分散、较小库容或无库容以及单站装机容量小的特点。由于山区施工困难，小水电站大多采用T接方式并网，单条线路接入多个小水电站，致使单条线路过长。这些小水电群通常仅具备单点站级的调节，自动化水平低，难以对其进行实时调控，容易出现丰水期电压过高，而在枯水期电压过低的“翘翘板” 现象，不仅影响当地供电电压质量，而且影响电网的安全稳定运行。因此，解决分布式小水电集群的优化调控问题具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是，针对目前小水电调控存在的问题，提供一种小水电集群优化调控系统。
本发明的技术方案是，一种小水电集群优化调控系统，包括上级自动化系统服务器、能量管理系统主站以及分布式小水电群；所述能量管理系统主站由能量管理系统服务器、能量管理系统工作站、电力数据网交换机、配网调度层交换机、小水电群运行控制器、防火墙、前置机和公网路由器组成；所述分布式小水电群由多个小水电站组成，小水电站内配置水轮机、发电机、进水阀门执行机构、励磁电源、互感器和控制系统，控制系统由无线通信模块、数据采集与处理模块、励磁控制模块和阀门控制模块组成。
所述上级自动化系统服务器通过网线连接电力数据网交换机；
所述能量管理系统服务器通过网线连接电力数据网交换机和配网调度层交换机；
所述小水电群运行控制器通过网线连接配网调度层交换机和防火墙，再通过防火墙连接前置机，由前置机连接公网路由器；
所述小水电站通过变压器接入变电站母线或线路，借助站内的无线通信模块与能量管理系统主站交互数据。
系统工作过程如下：
（1）数据采集与处理：采集各个水轮发电机定子出线端以及励磁绕组的电压和电流，通过对采集数据的处理，得到各个水轮发电机出线端电压、电流、有功功率、无功功率，以及功率因数等数据；
（2）数据上传：无线通信模块将水轮发电机出线端数据通过无线公网发送到公网路由器的固定IP地址，通过前置机和小水电群运行控制器上传到能量管理系统服务器；
（3）策略生成：能量管理系统服务器按照设定的优化调度目标，对各个小水电站的运行数据计算和分析，生成小水电机组的优化调控策略；
（4）策略下发：能量管理系统服务器将生成的优化调控策略下发到小水电群运行控制器，通过前置机，并借助无线公网传送到各个小水电站的控制系统；
（5）优化调控：小水电站控制系统根据接收的优化调控策略，生成具体的控制指令，通过励磁控制模块和阀门控制模块分别对水轮发电机的励磁电流以及水流量进行调节，从而实现对水轮发电机输出有功和无功功率的优化调控；
（6）运行状态监测：能量管理系统工作站从能量管理系统服务器中读取各个小水电站的运行数据，实现对各个水电站运行状态的实时监测。
本发明的有益效果是，该系统综合应用了计算机技术、通信技术以及自动控制技术等多种技术，具有可靠性高的特点；本发明的小水电控制系统实现了小水电机组的采样、有功功率、无功功率控制，结合通信，可实现能量管理系统对小水电站的调度；本发明系统为实现对分布式小水电集群的优化调控提供了一种解决方案，不仅可以改善当地的电压质量，而且可以提高电网的安全运行水平。该系统监控配电线路的全方位数据，通过优化策略，在不影响小水电正常发电情况下，减少线路线损，起到节能作用。
本发明适用于小水电集群优化调控。
附图说明
图1为本发明的一种小水电集群优化调控系统框图；
图2为本发明的小水电站框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
由图1和图2可知，本实施例的一种小水电集群优化调控系统，包括上级自动化系统服务器、能量管理系统主站以及分布式小水电群。
能量管理系统主站由能量管理系统服务器、能量管理系统工作站、电力数据网交换机、配网调度层交换机、小水电群运行控制器、防火墙、前置机和公网路由器组成。
能量管理系统服务器用于存储各个小水电站的运行数据，以及对运行数据进行处理分析，形成优化调控策略，分别通过电力数据网交换机和配网调度层交换机与上级自动化系统服务器和主站其他设备交互数据；能量管理系统工作站用于实时显示小水电站的运行状态，根据当前运行状态，调度人员可以通过能量管理系统工作站对小水电站进行调度；小水电群运行控制器解析小水电站数据，实现多个小水电通信规约转换，便于能量管理系统对小水电群的管控，同时运行控制器将能量管理系统的优化调控策略分发到对应的小水电站对应通信端口；前置机对小水电无线通信模块进行管理，将不同的通信模块数据透明转发至不同的网络端口，实现小水电站的运行数据和优化调控策略中转。
分布式小水电群由多个小水电站构成，小水电站内配置水轮机、发电机、进水阀门执行机构、励磁电源、互感器和控制系统。小水电站控制系统由无线通信模块、数据采集与处理模块、励磁控制模块和阀门控制模块组成。无线通信模块用于实现分布式小水电群与能量管理系统主站之间的数据交互；数据采集与处理模块用于对小水电站的数据采集和处理，同时根据优化调控策略，生成具体的控制指令；励磁控制模块用于对水轮发电机的励磁电流进行控制；阀门控制模块用于对水轮发电机的水流量进行控制，所有小水电站均通过各自的变压器接入变电站母线或线路。
本发明的一种小水电集群优化调控系统工作过程如下：
（1）数据采集与处理：每个小水电站的控制系统采集水轮发电机定子绕组输出端电压和电流，以及励磁绕组电压和电流，通过对采集数据的处理，得到水轮发电机出线端的电压、电流、有功功率、无功功率，以及功率因数等数据；
（2）数据上传：控制系统的无线通信模块将水轮发电机出线端的数据通过无线公网发送到能量管理系统主站的公网路由器的固定IP地址，然后由前置机进行数据中转，通过小水电群运行控制器上传到能量管理系统服务器；
（3）策略生成：根据当前电网运行状况、各个小水电站实际出力和负荷情况，能量管理系统服务器按照设定的优化调度目标进行数据计算和分析，生成小水电机组的优化调控策略；
（4）策略下发：能量管理系统服务器将生成的优化调控策略下发到小水电群运行控制器，由其将优化调控策略分发到对应的小水电站相应通信端口，通过前置机中转，并借助无线公网传送到各个小水电站的控制系统；
（5）优化调控：小水电站控制系统根据接收的优化调控策略，由数据采集与处理模块生成具体的励磁控制指令和阀门控制指令，通过励磁控制模块和阀门控制模块分别对水轮发电机的励磁电流和水流量进行调节，以实现对各个水轮发电机输出有功和无功功率的优化调控；
（6）运行状态监测：能量管理系统工作站从能量管理系统服务器中读取各个小水电站的运行数据，动态显示当前各个水电站的发电状态，直观展现各个水电站与配网之间的潮流分布状况，以实现对各个水电站运行状态的实时监测。

Claims (1)

1.一种小水电集群优化调控系统，包括上级自动化系统服务器、能量管理系统主站和分布式小水电群，
其特征在于，所述能量管理系统主站由能量管理系统服务器、能量管理系统工作站、电力数据网交换机、配网调度层交换机、小水电群运行控制器、防火墙、前置机和公网路由器组成；所述分布式小水电群由多个小水电站组成，小水电站内配置水轮机、发电机、进水阀门执行机构、励磁电源、互感器和控制系统，控制系统由无线通信模块、数据采集与处理模块、励磁控制模块和阀门控制模块组成；
所述上级自动化系统服务器通过网线连接电力数据网交换机；
所述能量管理系统服务器通过网线连接电力数据网交换机和配网调度层交换机；
所述小水电群运行控制器通过网线连接配网调度层交换机和防火墙，再通过防火墙连接前置机，由前置机连接公网路由器；
所述小水电站通过变压器接入变电站母线或线路，借助站内的无线通信模块与能量管理系统主站交互数据；
所述系统工作过程如下：
(1)数据采集与处理：采集各个水轮发电机定子出线端以及励磁绕组的电压和电流，通过对采集数据的处理，得到各个水轮发电机出线端电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数数据；
(2)数据上传：无线通信模块将水轮发电机出线端数据通过无线公网发送到公网路由器的固定IP地址，通过前置机和小水电群运行控制器上传到能量管理系统服务器；
(3)策略生成：能量管理系统服务器按照设定的优化调度目标，对各个小 水电站的运行数据计算和分析，生成小水电机组的优化调控策略；
(4)策略下发：能量管理系统服务器将生成的优化调控策略下发到小水电群运行控制器，通过前置机，并借助无线公网传送到各个小水电站的控制系统；
(5)优化调控：小水电站控制系统根据接收的优化调控策略，生成具体的控制指令，通过励磁控制模块和阀门控制模块分别对水轮发电机的励磁电流以及水流量进行调节，从而实现对水轮发电机输出有功和无功功率的优化调控；
(6)运行状态监测：能量管理系统工作站从能量管理系统服务器中读取各个小水电站的运行数据，实现对各个水电站运行状态的实时监测。
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