CN108132618A - 采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利发电技术领域，尤其涉及一种采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，包括CPU主控制器模件、开入开出模件、采样模件和网络/串口通信模件，CPU主控制器模件通过采样模件或者网络/串口通信模件分别与发电机功率表、闸门开度仪和水位计连接，CPU主控制器模件通过开入开出模件实现状态量采集及开关控制。本发明集采集、测量、计算、策略调度、控制和通讯等功能于一体，可实现发电机发电功率、水位和闸门开度等工况信息的测量采集；通过对机组出力的调节，闸门开度的控制，实现发电站下泄水量的变化，使发电电站的整体放水量满足生态流量的要求，同时兼顾发电站水位安全及泄洪要求，实现了环境和经济效益的最大化。
Description
技术领域
本发明涉及水利发电技术领域，尤其涉及一种采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备。
背景技术
目前，国家对生态环境提出了很高的要求，在水十条中明确提出“科学确定生态流量，加强江河湖库水量调度管理，维持生态用水需求，重点保障枯水期生态基流”。各地政府也出台了各种响应的政策规定。大型的发电站一般采用生态机组发电或对电站提出最小发电要求的方式保证下泄水量。而各地的中小水电站在具体实施中一般采用直接在坝体打孔泄流或采用泄流闸长期泄流，中小水电站的这种泄流方式固然可以实现下游一定的保障水量，但同时由于不加控制的泄流使得水资源白白流失，无法在实现环境效益的前提下实现经济效益的最大化。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，通过动态调节泄流道的下泄水量和发电机机组的发电量，实现最小弃水，不仅满足了环保的要求同时提高了发电的经济效益。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，包括CPU主控制器模件、开入开出模件、采样模件和网络/串口通信模件，CPU主控制器模件通过采样模件或者网络/串口通信模件分别与发电机功率表、闸门开度仪和水位计连接，CPU主控制器模件利用发电机的功率信息和水位值信息计算发电机发电流量数值，CPU主控制器模件利用闸门开度信息和水位值信息计算泄流道流量数值，CPU主控制器模件将发电机发电流量数值和泄流道流量数值与设定的生态流量要求数值进行对比，CPU主控制器模件根据对比结果通过开入开出模件对发电机的功率或闸门的开度进行调节；或者所述的CPU主控制器模件根据对比结果通过网络/串口通信模件对发电机的功率或闸门的开度进行调节。
作为本发明的优化方案，采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备还包括电源模件，电源模件用于为CPU主控制器模件、开入开出模件、采样模件和网络/串口通信模件提供电源，电源模件的输入端与220V的交流电源或者220V的直流电源相连接。
作为本发明的优化方案，开入开出模件包括多路数字量光电隔离输入电路和多路数字量光电隔离继电器输出电路，开入开出模件用于采集开关位置、刀闸的位置和闸门分合的信息。
作为本发明的优化方案，网络/串口通信模件为RS232、RS422、RS485、CAN总线、以太网通信接口、GPRS通行接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种或几种组合。
作为本发明的优化方案，采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备通过U盘及网络方式对自身的参数进行维护。
本发明具有积极的效果：1)本发明集采集、测量、计算、策略调度、控制和通讯等功能于一体，可实现发电机发电功率、水位和闸门开度等工况信息的测量采集，通过对机组出力的调节，闸门开度的控制，实现发电站下泄水量的变化；
2)本发明综合考虑高可靠性要求和电磁兼容等因素，具有体积小、适应性强和可靠性高的优点；
3)本发明使得发电电站的整体放水量满足生态流量的要求，同时兼顾最大发电要求和发电站水位安全及泄洪要求，实现了环境效益和经济效益的最大化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的整体结构框图。
其中：1、CPU主控制器模件，2、开入开出模件，3、采样模件，4、网络/串口通信模件。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明公开了采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，包括CPU主控制器模件1、开入开出模件2、采样模件3和网络/串口通信模件4，CPU主控制器模件1通过采样模件3或者网络/串口通信模件4分别与发电机功率表、闸门开度仪和水位计连接，CPU主控制器模件1利用发电机的功率信息和水位值信息计算发电机发电流量数值，CPU主控制器模件1利用闸门开度信息和水位值信息计算泄流道流量数值，CPU主控制器模件1将发电机发电流量数值和泄流道流量数值与设定的生态流量要求数值进行对比，CPU主控制器模件1根据对比结果通过开入开出模件2对发电机的功率或闸门的开度进行调节；或者CPU主控制器模件1根据对比结果通过网络/串口通信模件4对发电机的功率或闸门的开度进行调节。其中，设定的生态流量要求数值可根据发电站的情况进行设置，CPU主控制器模件1通过对发电机的功率或闸门的开度进行调节，使得发电站的整体放水量满足生态流量的要求，同时兼顾最大发电要求和发电站水位安全及泄洪要求。
采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备还包括电源模件，电源模件用于为CPU主控制器模件1、开入开出模件2、采样模件3和网络/串口通信模件4提供电源，电源模件的输入端与220V的交流电源或者220V的直流电源相连接。其中，电源模件可以提供CPU主控制器模件1、开入开出模件2、采样模件3和网络/串口通信模件4所需要的5V、±15V以及24V的电源，电源模件的输入可以是直流220V和交流220V，或者是直流220V和交流220V中的一种。
CPU主控制器模件1由CPU、RAM、ROM、Flash Memory等组成，高性能的32位CPU和大容量的存储空间，使得CPU主控制器模件1具有很强的数据处理和存储能力。
开入开出模件2包括多路数字量光电隔离输入电路和多路数字量光电隔离继电器输出电路，开入开出模件2用于采集开关位置、刀闸的位置和闸门分合的信息。CPU主控制器模件1通过开入开出模件2实现状态量采集以及开关的控制，开入开出模件2还可以采集各种保护装置动作报警信号以及其它的公用信号，多路数字量光电隔离输入电路和多路数字量光电隔离继电器输出电路均采用光耦进行隔离，有效的避免了外部干扰的串入，同时，开入开出模件2还采用了数字滤波算法，去除了输入抖动，实现了开关、刀闸和闸门等设备的控制，多路数字量光电隔离继电器输出电路的输出为脉冲输出，脉冲的宽度可以调节。
网络/串口通信模件4为RS232、RS422、RS485、CAN总线、以太网通信接口、GPRS通行接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种或几种组合。网络/串口通信模件4使用的通信协议可以自由配置。其中，网络/串口通信模件4负责与发电机功率表、闸门开度仪和水位计等外部智能设备及远方主站的通信。CPU主控制器模件1通过统一的调度接口驱动开入开出模件2和网络/串口通信模件4，采样和输出都可共享端口。
采样模件3可实现交流采样或直流采样，在交流采样中5A/1A或100V的交变波形经高精度的变换器转换成小信号，然后经过滤波后送入AD模数转换器后转换成数字信号，最后进入采样模件3的cpu进行计算；直流采样可以采集直流信号，如0-5V、4-20mA的信号，直流信号经隔离后进行高精度AD模数变换器转换成数字信号，最后进入采样模件3的cpu进行计算。
CPU主控制器模件1接收来自开入开出模件2的采样数据或者接收来自网络/串口通信模件4或采样模件3采集的数据，通过内部整合的算法进行计算获得结果，通过网络/串口通信模件4上报结果，通过开入开出模件2或网络/串口通信模件4进行调度调节控制。
采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备采用面向设备的嵌入式平台，可支持1-10个发电机组、1-10个闸门的监测、调度和控制，整个采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备采用背插式设计，各个模件可根据需要自由组合配置，网络/串口通信模件4可单独定义，可自由配置通信参数及协议。
该采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备通过U盘及网络方式对自身的参数进行维护，具有完备的在线监测功能。
另外，采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备中使用的各个模件可根据需要自由组合配置。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，其特征在于：包括CPU主控制器模件(1)、开入开出模件(2)、采样模件(3)和网络/串口通信模件(4)，所述的CPU主控制器模件(1)通过采样模件(3)或者网络/串口通信模件(4)分别与发电机功率表、闸门开度仪和水位计连接，所述的CPU主控制器模件(1)利用发电机的功率信息和水位值信息计算发电机发电流量数值，所述的CPU主控制器模件(1)利用闸门开度信息和水位值信息计算泄流道流量数值，所述的CPU主控制器模件(1)将发电机发电流量数值和泄流道流量数值与设定的生态流量要求数值进行对比，所述的CPU主控制器模件(1)根据对比结果通过开入开出模件(2)对发电机的功率或闸门的开度进行调节；或者所述的CPU主控制器模件(1)根据对比结果通过网络/串口通信模件(4)对发电机的功率或闸门的开度进行调节。
2.根据权利要求1所述的采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，其特征在于：所述采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备还包括电源模件，所述的电源模件用于为CPU主控制器模件(1)、开入开出模件(2)、采样模件(3)和网络/串口通信模件(4)提供电源，电源模件的输入端与220V的交流电源或者220V的直流电源相连接。
3.根据权利要求1或2所述的采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，其特征在于：所述的开入开出模件(2)包括多路数字量光电隔离输入电路和多路数字量光电隔离继电器输出电路，所述的开入开出模件(2)用于采集开关位置、刀闸的位置和闸门分合的信息。
4.根据权利要求1或2所述的采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，其特征在于：所述的网络/串口通信模件(4)为RS232、RS422、RS485、CAN总线、以太网通信接口、GPRS通行接口、3G通信接口和4G通信接口中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1或2所述的采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备，其特征在于：所述的采用发电电量与泄流道联合监测的生态流量控制设备通过U盘及网络方式对自身的参数进行维护。
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