CN110071532B - 基于dsp的agc功率分配控制装置及方法 - Google Patents

基于dsp的agc功率分配控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法，包括：控制板中的芯片生成总的AGC调节功率，并对总的AGC调节功率进行优化处理，通过信号转换电路发送至AGC系统的功率设备；信号转换电路获取电网的采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT，并将采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT反馈给控制板中的芯片；RS‑485通信电路与上位机通信连接，用于将控制板的芯片获取到的采样信号发送给上位机。本发明在频率偏差大时侧重快速性，频率偏差小时侧重经济性，可以达到经济性、快速性和环保性指标更优的目的，所提的粒子群优化算法能够使求解的结果严格满足等式约束条件；并进一步提高了数据采集的准确性和全面性。

Description

基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法。
背景技术
AGC(Automatic Generation Control，自动发电控)属于电力系统二次调频的范畴，是EMS(Energy Management System，能量管理系统)的重要环节之一，它的重要作用是维持频率和联络线功率处于额定值。正常情况下，AGC指主要分为指令跟踪和指令分配两个方面。
在现有的AGC调节容量分配中，往往采取按机组数量平均分配或者按照AGC机组装机容量比例的分配方式，这些方法调节效果差，经济效益低。其中，张子泳等学者提出一种改进的多目标粒子群算法，通过设定约束修正因子，使功率约束条件严格满足，计算出最优解。但是，上述算法在以经济性和环保性为目标的基础上建立模型，并未考虑到系统的调节时间。
此外，多目标优化问题的基本特点在于各目标之间的矛盾性，不可能使所有目标同时取得最优值，张等提出的算法只能求得其非劣解。李勇等学者考虑到电网调度的实时性，将符合调整时间目标处理为机组变负荷范围的约束条件，使用了自然选择粒子群算法，满足了符合分配总时间的要求。但是，其求解的结果不能严格满足发电机组出力的等式约束条件。
在进行多目标决策时，常用的方法有线性加权和法、TOPSIS法、目标规划法、交互式法等，这些方法都需要确定各目标的权重系数，一般采用主观赋权法或者客观赋权法。客观赋权法得到的权重更为合理。但是，这种方法不能根据不同的扰动等级自适应的确定权重因子，且一般计算过程较为繁琐。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法。
根据本发明提供的一种基于DSP的AGC功率分配控制装置，包括：控制板、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路，上位机、电源电路、时钟电路以及复位电路；电源电路、时钟电路、复位电路、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路分别与控制板相连，电源电路为所述复位电路供电，以使得所述控制板中搭载的芯片复位；所述时钟电路为所述控制板中搭载的芯片提供时钟信号；其中：
所述控制板中的芯片生成总的AGC调节功率，并对总的AGC调节功率进行优化处理，通过信号转换电路发送至AGC系统的功率设备，所述功率设备包括：AGC机组的调速器、发电机、再热汽轮机；
所述信号转换电路获取电网的采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT；并将采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT反馈给所述控制板中的芯片，用以使得所述芯片根据采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT生成总的AGC调节功率Pr；
所述RS-485通信电路与上位机通信连接，用于将所述控制板的芯片获取到的采样信号发送给所述上位机；
所述键盘显示电路用于显示和设置目标参数，所述目标参数包括：频率误差、联络线功率误差。
可选地，所述控制板中搭载的芯片型号为TMS320F2812。
可选地，所述控制板上还设置有与芯片电连接的JTAG接口；所述JTAG接口用于向所述芯片烧录预设的控制程序，并接收外部的调试和仿真信号。
可选地，在TMS320F2812搭载了数字-模拟转换器SPISIMOTLC5620I，TMS320F2812的数据输出引脚与SPISIMOTLC5620I的DATA数据接收引脚相连；TMS320F2812的SPICLK引脚和TLC5620I的CLK引脚相连接；其中TMS320F2812和SPISIMOTLC5620I共用串行时钟。
可选地，所述控制板的芯片采用TBC控制模式获取总的AGC调节功率。
可选地，所述控制板中的芯片通过权重法建立单目标函数，并用粒子群算法对总的AGC调节功率进行优化处理。
另外，本发明还提供一种基于DSP的AGC功率分配控制方法，应用于上述中任一项所述的基于DSP的AGC功率分配控制装置中，所述方法包括：
步骤1：采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT送入信号转换电路，再由信号转换电路送入控制板的芯片，生成总的AGC调节功率Pr；
步骤2：确定经济性权重因子we、环保性权重因子wg、快速性的权重因子ws；
环保性权重wg根据当地环保部门制定的相关污染物排放标准确定，快速性的权重ws的确定采用如下公式：
经济性权重we的计算采用如下公式：
we＝1-wg-ws (2)
步骤3：分别确定经济性最优分配结果和环保性最优分配结果；
其中，经济性最优分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (5)
环保性最优分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (8)
其中，Fe(Pi)为各机组承担的总负荷分别为Pi(i＝1,2,…，N,N为机组数)时产生的总煤耗量，Fg(Pi)为各机组承担的总负荷分别为(Pi，i＝1,2,…，N,N为机组数)时产生的污染物总排放量，Pi为第i个机组承担的总负荷，Pri为第i台机组承担的AGC调节功率，Pr为总调节功率；N是参与电力系统调节的AGC机组总数，ai、bi、ci为第i个机组的三个煤耗量系数，αi、βi、γi和λi为第i个机组的四个污染物排放系数；Pmini为机组i承担的总负荷出力下限，Pbi为机组i承担负荷出力的基准功率，Pmaxi为机组i承担的总负荷出力上限；
步骤4：利用权重法建立新的单目标函数；
在相同的约束条件下，利用权重法建立了新的目标函数如下：
ti＝Pri/vi (10)
其中：M(Pri)为新目标函数的大小，Fe(Pri)为无量纲化后的经济性目标函数，Fg(Pri)为无量纲化后的环保性目标函数，Fs(Pri)为无量纲化后的快速性目标函数，li为经济指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，mi为为环保指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，ti为第i个机组独自调节时所需的调节时间，Tide为所有机组共同出力时完成调节容量所需要的最小时间,vi为第i个机组的调节速度；
步骤5：通过粒子群优化算法求的第i个机组的承担的AGC调节功率Pri，i＝1,2,…,N；
步骤6：调度中心端工控机将计算结果Pr1，Pr2，…，PrN，并通过信号转换电路送至发电机的调速器，控制AGC机组的输出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法，不再按照机组的数量和容量进行调节量的分配，在算法初始化和循环时能够严格满足等式约束条件，并达到经济性、快速性和环保性指标更优的目的。本发明在频率偏差大时侧重快速性，频率偏差小时侧重经济性；整个系统兼容性好，并且提高了数据采集的准确性和全面性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的基于DSP的AGC功率分配控制装置的结构示意图；
图2为SPISIMO TLC5620I和TMS320F2812的接口电路；
图3为本发明实施例提供的基于DSP的AGC功率分配控制装置的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的TBC控制框图；
图5为本发明实施例提供的粒子群算法求解各机组的AGC调节功率流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于DSP的AGC功率分配控制装置及方法，可以基于煤耗量的目标函数、污染物排放的目标函数和调整时间的目标函数建立了新的单目标函数，并利用粒子群算法求解，从而达到“有所侧重，针对调节”的目的，满足了AGC的多种控制要求。在整个控制过程中，包括：
(1)生成区域电网的总功率指令；
(2)将区域内的指令分配给各发电机组。
为了加快收敛速度，简化计算过程，过程(2)采取粒子群优化算法求解，且在求解过程中，将学习因子视为惯性权重的函数，进一步降低算法的复杂度，优化计算结果。
图1为本发明实施例提供的基于DSP的AGC功率分配控制装置的结构示意图。本实施例的装置可以包括：控制板、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路，上位机、电源电路、时钟电路以及复位电路；电源电路、时钟电路、复位电路、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路分别与控制板相连，电源电路为复位电路供电，以使得控制板中搭载的芯片复位；时钟电路为控制板中搭载的芯片提供时钟信号；其中：
控制板中的芯片生成总的AGC调节功率，并对总的AGC调节功率进行优化处理，通过信号转换电路发送至AGC系统的功率设备，功率设备包括：AGC机组的调速器、发电机、再热汽轮机；
信号转换电路获取通过电网的采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT；并将采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT反馈给控制板中的芯片，用以使得芯片根据采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT生成总的AGC调节功率Pr；
RS-485通信电路与上位机通信连接，用于将控制板的芯片获取到的采样信号发送给上位机；
键盘显示电路用于显示和设置目标参数，目标参数包括：频率误差、联络线功率误差。
可选地，控制板中搭载的芯片型号为TMS320F2812。
可选地，控制板上还设置有与芯片电连接的JTAG接口；JTAG接口用于向芯片烧录预设的控制程序，并接收外部的调试和仿真信号。
可选地，控制板上还搭载了数字-模拟转换器TLC5620I。
可选地，控制板的芯片采用TBC控制模式获取总的AGC调节功率。
可选地，控制板中的芯片通过权重法建立单目标函数，并用粒子群算法对总的AGC调节功率进行优化处理。
本实施例以N台机组的电力系统为例，忽略曲线的阀点效应和网损。图3为本发明实施例提供的基于DSP的AGC功率分配控制装置的流程示意图，包括以下步骤：
步骤1:采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT送入信号转换电路，再由信号转换电路送入DSP的AD模块，计算机组的AGC调节功率Pr。图4为本发明实施例提供的TBC控制框图，以N台机组的电力系统为例，通过如图4所示的方式确定AGC的调节容量Pr。
步骤2：确定经济性权重因子we、环保性权重因子wg、快速性的权重因子ws；
环保性权重wg根据当地环保部门制定的相关污染物排放标准确定，快速性权重ws的确定采用如下公式：
经济性权重we的计算采用如下公式：
we＝1-wg-ws (2)
步骤3：分别确定经济性分配结果和环保性分配结果；
其中，经济性分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (5)
环保性分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (8)
其中，Fe(Pi)为各机组承担的总负荷分别为Pi(i＝1,2,…，N,N为机组数)时产生的总煤耗量，Fg(Pi)为各机组承担的总负荷分别为Pi(i＝1,2,…，N,N为机组数)时产生的污染物总排放量，Pi为第i个机组承担的总负荷，Pri为第i台机组承担的AGC调节功率，Pr为总调节功率；N是参与电力系统调节的AGC机组总数，ai、bi、ci为第i个机组的三个煤耗量系数，αi、βi、γi和λi为第i个机组的四个污染物排放系数；Pmini为机组i承担的总负荷出力下限，Pbi为机组i承担负荷出力的基准功率，Pmaxi为机组i承担的总负荷出力上限；
步骤4：利用权重法建立新的单目标函数。
在本实施例中
ti＝Pri/vi (10)
其中：M(Pri)为新目标函数的大小，Fe(Pri)为无量纲化后的经济性目标函数，Fg(Pri)为无量纲化后的环保性目标函数，Fs(Pri)为无量纲化后的快速性目标函数，li为经济指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，mi为为环保指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，ti为第i个机组独自调节时所需的调节时间，Tide为所有机组共同出力时完成调节容量所需要的最小时间,vi为第i个机组的调节速度；
联合步骤1、2、3的求解结果代入单目标函数中，得到本实施例的目标函数。
步骤5：通过粒子群优化算法求的机组i的承担的AGC调节功率Pri(i＝1,2,…,N)；
图5为本发明实施例提供的粒子群算法求解各机组的AGC调节功率流程图，粒子群算法求解N个机组AGC调节功率的具体步骤如下：
①在2,3,…，N机组承担的负荷界限中随机选取十个点作为粒子，机组1承担的负荷计算为：
粒子群初始化为10行N列的矩阵。
②将初始化后的粒子代入目标函数
当前的粒子位置设定为个体极值pbest，则pbest初始化为10行N列的矩阵。目标函数最小的粒子存储在全局极值gbest中，则gbest初始化为1行N列的矩阵。
③逐行更新粒子的速度和位置；
④将更新后的粒子位置代入②中的目标函数，评价粒子适应度；
⑤更新后的粒子适应度和pbest和gbest的适应度作比较，更新pbest和gbest；
⑥迭代次数满足后输出gbest，这时得到的是1行N列的矩阵，即为各机组承担的AGC调节功率。
步骤6：调度中心端工控机将计算结果Pr1，Pr2，…，PrN通过信号转换电路送至发电机的调速器，控制AGC机组的输出。
本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：
1.利用PSO算法求解模型，不再按照机组的数量和容量进行调节量的分配，在算法初始化和循环时能够严格满足等式约束条件
2.基于权重法建立了单目标模型，并提出了定量的基于频率偏差设定权重因子的理念，频率偏差大时侧重快速性，频率偏差小时侧重经济性，能够达到经济性、快速性和环保性指标更优的目的。
3.将软件算法和DSP2812芯片结合，所设计的程序兼容性好，提高了数据采集的准确性和全面性，通过调度中心端的协调计算，最后得到AGC机组的理想出力水平。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，包括：控制板、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路，上位机、电源电路、时钟电路以及复位电路；电源电路、时钟电路、复位电路、信号转换电路、键盘显示电路、RS-485通信电路分别与控制板相连，电源电路为所述复位电路供电，以使得所述控制板中搭载的芯片复位；所述时钟电路为所述控制板中搭载的芯片提供时钟信号；其中：
所述控制板中的芯片生成总的AGC调节功率，并对总的AGC调节功率进行优化处理，通过信号转换电路发送至AGC系统的功率设备，所述功率设备包括：AGC机组的调速器、发电机、再热汽轮机；
所述信号转换电路获取电网的采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT；并将采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT反馈给所述控制板中的芯片，用以使得所述芯片根据采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT生成总的AGC调节功率Pr；
所述RS-485通信电路与上位机通信连接，用于将所述控制板的芯片获取到的采样信号发送给所述上位机；
所述键盘显示电路用于显示和设置目标参数，所述目标参数包括：频率误差、联络线功率误差；
基于DSP的AGC功率分配控制装置，用以执行如下步骤：
步骤1：采集频率误差Δf和联络线功率误差ΔPT送入信号转换电路，再由信号转换电路送入控制板的芯片，生成总的AGC调节功率Pr；
步骤2：确定经济性权重因子we、环保性权重因子wg、快速性的权重因子ws；
环保性权重wg根据当地环保部门制定的相关污染物排放标准确定，快速性的权重ws的确定采用如下公式：
经济性权重we的计算采用如下公式：
we＝1-wg-ws (2)
步骤3：分别确定经济性最优分配结果和环保性最优分配结果；
其中，经济性最优分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (5)
环保性最优分配结果的计算采用如下公式：
Pmini-Pbi≤Pri≤Pmaxi-Pbi (8)
其中，Fe(Pi)为各机组承担的总负荷分别为Pi时产生的总煤耗量，Fg(Pi)为各机组承担的总负荷分别为Pi时产生的污染物总排放量，其中i＝1,2,…，N,N为机组数，Pi为第i个机组承担的总负荷，Pri为第i台机组承担的AGC调节功率，Pr为总调节功率；N是参与电力系统调节的AGC机组总数，ai、bi、ci为第i个机组的三个煤耗量系数，αi、βi、γi和λi为第i个机组的四个污染物排放系数；Pmini为机组i承担的总负荷出力下限，Pbi为机组i承担负荷出力的基准功率，Pmaxi为机组i承担的总负荷出力上限；
步骤4：利用权重法建立新的单目标函数；
在相同的约束条件下，利用权重法建立了新的目标函数如下：
ti＝Pri/vi (10)
其中：M(Pri)为新目标函数的大小，Fe(Pri)为无量纲化后的经济性目标函数，Fg(Pri)为无量纲化后的环保性目标函数，Fs(Pri)为无量纲化后的快速性目标函数，li为经济指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，mi为环保指标最优情况下机组i承担的AGC调节功率，ti为第i个机组独自调节时所需的调节时间，Tide为所有机组共同出力时完成调节容量所需要的最小时间,vi为第i个机组的调节速度；
步骤5：通过粒子群优化算法求的第i个机组的承担的AGC调节功率Pri，
i＝1,2,…,N；
步骤6：调度中心端工控机将计算结果Pr1，Pr2，…，PrN，并通过信号转换电路送至发电机的调速器，控制AGC机组的输出。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，所述控制板中搭载的芯片型号为TMS320F2812。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，所述控制板上还设置有与芯片电连接的JTAG接口；所述JTAG接口用于向所述芯片烧录预设的控制程序，并接收外部的调试和仿真信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，在TMS320F2812搭载了数字-模拟转换器SPISIMOTLC5620I，TMS320F2812的数据输出引脚与SPISIMOTLC5620I的DATA数据接收引脚相连；TMS320F2812的SPICLK引脚和TLC5620I的CLK引脚相连接；其中，TMS320F2812和SPISIMOTLC5620I共用串行时钟。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，所述控制板的芯片采用TBC控制模式获取总的AGC调节功率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于DSP的AGC功率分配控制装置，其特征在于，所述控制板中的芯片通过权重法建立单目标函数，并用粒子群算法对总的AGC调节功率进行优化处理。
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