CN113295217A - 一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统 - Google Patents

一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，包括：人脸识别验证登录模块、远程监控模块、水电储能装备模块、数据实时采集模块、故障预警模块；本发明采用人脸识别验证登录，在识别验证成功后，方可进入远程监控模块，远程监控模块基于以太网通过数据实时采集模块所采集的数据对水电储能装备进行监控，采集的数据会在LabVIEW平台的VI前面板显示且实时存放到MySQL数据库，方便进行查询，水电储能装备模块会根据清洁能源发电机组发电情况操控泵反转透平装置的运行工况，从而完成电力系统生产、供应和消费之间的动态平衡。

Description

一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统
技术领域
本发明涉及能源微网关键装置的智能化监测系统技术领域，具体而言是一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统。
背景技术
能源微网是以终端能源利用为导向，与能源互联网有机链接的智能化区域能源生产、调度、控制系统。但是能源微网系统中的清洁能源，如光伏、生物质和沼气发电装置均不具备长期储能的优势，只有水电储能装置能够平衡发电和储能。同时，水电储能设备结构简洁，能够有效减少污染。国外对于水电储能的研究起步较早，处于领先地位的有日立公司、阿尔斯通电力公司、福伊特水电等。国外已经有许多大型抽水蓄能电站投入运行。我国水电储能发展较晚，1968年河北省岗南抽水蓄能电站投入运行，才标志着我国抽水蓄能电站建设正式拉开序幕。目前国内微型水电储能相关装备面临着种类匮乏、结构复杂、系列化和标准化程度低等问题，同时考虑到地区经济、生态环保等影响因素，都给我国微型高效水电储能装备和能源微网建设带来很大的挑战。
由于我国的能源微网系统主要分布在广大的农村、山区和海岛等地区，现场人工监测较为困难，故面向新型能源微网，基于水能资源的国情针对性的重点开发能源微网的水电储能装备，开展对水电储能核心装备的设计、制造以及稳定运行的研究，设计基于计算机和互联网的对水电储能装备进行智能化运行监测的系统是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，该系统一方面可控制泵反转透平装置运行在透平工况，利用水能资源发电供给负荷，另一方面也可根据系统需要工作在水泵工况，将多余的电能转换为水的势能，完成水能的存储。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统,包括：
人脸识别验证登录模块、远程监控模块、水电储能装备模块、数据实时采集模块、故障预警模块；
所述远程监控模块分别与所述人脸识别验证登录模块、所述远程监控模块、所述数据实时采集模块、所述故障预警模块相连接，所述数据实时采集模块与所述水电储能装备模块相连接；
所述人脸识别验证登录模块用于对管理员进行人脸识别验证及管理员登录；
所述水电储能装备模块用于进行水力发电和水能储存；
所述数据实时采集模块用于实时采集水电储能装备模块的装置实时数据；
所述远程监控模块基于所述数据实时采集模块所采集的数据对所述水电储能装备模块进行监测与控制；
所述故障预警模块基于所述远程监控模块监测结果进行预警。
优选地，所述远程监控模块包括控制单元和网络通信单元，所述控制单元用于控制水电储能装备模块，所述网络通信单元用于接收数据实时采集模块所采集的数据。
优选地，控制单元采用单槽式NICompactDAQ9181机箱进行控制，网络通信单元采用LabVIEW平台和以太网进行网络通信。
优选地，所述水电储能装备模块包括泵反转透平装置、清洁能源发电机组，所述泵反转透平装置和清洁能源发电机组相连接，所述清洁能源发电机组用于利用清洁能源发电，所述泵反转透平装置用于进行水力发电或水能储存。
优选地，所述泵反转透平装置在所述清洁能源发电机组的发电量小于负荷量时，运行在透平工况，进行水力发电；所述泵反转透平装置在所述清洁能源发电机组的发电量大于负荷量时，运行在水泵工况，进行水能储存。
优选地，数据实时采集模块包括振动加速度传感器、压力传感器、霍尔传感器，所述振动加速度传感器用于获取泵反转透平装置的振动信息；所述压力传感器用于获取水的压力信息；所述霍尔传感器用于获取泵反转透平装置的功率信息。
优选地，数据实时采集模块采集的实时数据通过LabVIEW平台的VI前面板显示，并将实时数据写入MySQL数据库。
优选地，所述故障预警模块根据所述水电储能装备模块不同段的水压流量设定不同振动预警阈值来进行预警处理，当流量大于0.7QBEP且小于1.1QBEP的正常工况运行时，振动的极限不超过2.8mm/s；当流量介于0.3QBEP和0.7QBEP、1.1QBEP和1.2QBEP之间时，振动不超过正常运行工况下振动水平的1.3倍；当流量低于0.3QBEP或大于1.2QBEP时，振动不超过正常工况下振动水平的1.5倍。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明充分考虑到能源微网系统中光伏、生物质和沼气等清洁能源发电装置不具备长期储能的优势，若选择存储于蓄电池中又需要额外配备相关设施，不但结构复杂而且污染环境。故本发明通过水电储能的关键设备——泵反转透平装置来兼顾储能和发电两大职责，一方面泵反转透平装置可运行在透平工况，利用水能资源发电供给负荷；另一方面又可处于泵抽水工况，将多余的电能转化为水的势能，完成水能的存储，当系统需要时，再通过反转水泵将水的势能转化为电能，既提高了能源微网系统中空间内供电可靠性，又可以将余电存储再利用，提高经济性。
(2)本发明充分考虑到当前大多数监测系统采用普通的用户名及密码验证登录方式，若管理员信息泄露便会产生较大的安全隐患。故本发明采用人脸识别验证登录，管理员通过验证人脸信息正确后方可登录系统进行操作，从而最大限度地提升了系统的安全性。
(3)本发明充分考虑到我国微型水力资源主要零散地分布在广大的农村、山区和海岛等地区，给现场蹲守监测带来了一定的困难。故本发明通过LabVIEW平台并基于以太网实现对泵反转透平装置的远程监控，一方面管理员可以随时随地监测设备的运行状态进行决策维护，另一方面管理员可控制泵反转透平装置的运行工况，最大限度地节约运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统总体结构示意图；
图2为本发明系统水电储能装备运行转换示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1所示，本发明提供一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，包括：人脸识别验证登录模块、远程监控模块、水电储能装备模块、数据实时采集模块、故障预警模块；远程监控模块分别与人脸识别验证登录模块、水电储能装备模块、数据实时采集模块、故障预警模块相连接，数据实时采集模块与水电储能装备模块相连接。
人脸识别验证登录模块用于对管理员进行人脸识别验证及管理员登录，管理员访问系统之前需要人脸识别验证登录，该验证方式解决了普通用户名及密码登录方式容易被盗取信息的问题，管理员验证成功后方可进入远程监控模块来监测水电储能装备的实时运行状态。
水电储能装备模块用于进行水力发电和水能储存；当光伏、生物质和沼气等发电机组的总出力小于总负荷量时，通过给定变频器零值进而停止电机运行，此时泵反转透平装置运行在透平工况，利用水能资源发电供给负荷；在光伏、生物质发电机组的总出力大于总负荷量时，通过控制电机转动将泵反转透平装置处于泵抽水工况，将多余的电能转化为水的势能，完成水能的储存。
远程监控模块基于所述数据实时采集模块所采集的数据对水电储能装备模块进行监测与控制；远程监控模块包括控制单元和网络通信单元，控制单元用于控制水电储能装备模块，网络通信单元用于接收数据实时采集模块所采集的数据。控制单元采用单槽式NICompactDAQ9181机箱进行控制，网络通信单元采用LabVIEW平台和以太网进行网络通信。
水电储能装备模块包括泵反转透平装置、清洁能源发电机组，泵反转透平装置和清洁能源发电机组相连接，清洁能源发电机组用于利用清洁能源发电，泵反转透平装置用于进行水力发电或水能储存。泵反转透平装置在所述清洁能源发电机组的发电量小于负荷量时，运行在透平工况，进行水力发电；泵反转透平装置在清洁能源发电机组的发电量大于负荷量时，运行在水泵工况，进行水能储存。
数据实时采集模块用于实时采集水电储能装备模块的装置实时数据，包括振动加速度传感器、压力传感器、霍尔传感器，振动加速度传感器用于获取泵反转透平装置的振动信息；压力传感器用于获取水的压力信息；霍尔传感器用于获取泵反转透平装置的功率信息。管理员通过配置单槽式NICompactDAQ9181机箱的采集卡参数和传感器的采集参数对水电储能装置进行监测，本实施方案设定采集卡的采样率为1000，采样数为5000，间隔时间为2000s；设定泵反转透平装置电机上机架X、Y、Z三个方向上的振动速度上限为10000。
数据实时采集模块采集的实时数据通过LabVIEW平台的VI前面板显示，并将实时数据写入MySQL数据库。通过传感器获取的状态参数一方面通过LabVIEW的VI前面板直观显示，进而获得监测点处的振动时域图，再采用FFT变换得到振动信号的频域图，进而生成三维频域瀑布图，并提取各个监测点频域图中的峰值大小，方便管理员进行状态监测，另一方面利用数据库管理软件Navicat forMySQL建立数据库并在数据库下创建振动数据报表，计算机通过配置ODBC数据源成功连接数据库，LabVIEW的VI后面板调用LabSQL工具包并执行SQL语句，从而实时写入数据库，实现对历史采集数据进行查询和修改。其中数据库表名以监测人员和监测日期命名，表名的表头提供所监测装置的状态参数信息。
故障预警模块基于远程监控模块监测结果进行预警，故障预警模块根据远程监控模块监测到的水电储能装备模块不同段的水压流量设定不同振动预警阈值来进行预警处理。装置故障预警模块通过设定振动预警阈值以进行预警处理。当水电储能装备水压流量大于0.7QBEP且小于1.1QBEP(QBEP＝泵最高效率点的流量)的正常工况运行时，振动烈度的极限不超过2.8mm/s；当水压流量介于0.3QBEP和0.7QBEP、1.1QBEP和1.2QBEP之间时，振动烈度不超过正常运行工况下振动水平的1.3倍(3.6mm/s)；当水压流量低于0.3QBEP或大于1.2QBEP时，振动烈度不超过正常工况下振动水平的1.5倍(4.2mm/s)。当监测到泵反转透平装置的振动信号超过设定阈值，会发出急促的报警声提示管理员。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。
以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：包括人脸识别验证登录模块、远程监控模块、水电储能装备模块、数据实时采集模块、故障预警模块；
所述远程监控模块分别与所述人脸识别验证登录模块、所述水电储能装备模块、所述数据实时采集模块、所述故障预警模块相连接，所述数据实时采集模块与所述水电储能装备模块相连接；
所述人脸识别验证登录模块用于对管理员进行人脸识别验证及管理员登录；
所述水电储能装备模块用于进行水力发电和水能储存；
所述数据实时采集模块用于实时采集水电储能装备模块的装置实时数据；
所述远程监控模块基于所述数据实时采集模块所采集的数据对所述水电储能装备模块进行监测与控制；
所述故障预警模块基于所述远程监控模块监测结果进行预警。
2.根据权利要求1所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：所述远程监控模块包括控制单元和网络通信单元，所述控制单元用于控制水电储能装备模块，所述网络通信单元用于接收数据实时采集模块所采集的数据。
3.根据权利要求2所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：控制单元采用单槽式NICompactDAQ9181机箱进行控制，网络通信单元采用LabVIEW平台和以太网进行网络通信。
4.根据权利要求1所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：所述水电储能装备模块包括泵反转透平装置、清洁能源发电机组，所述泵反转透平装置和清洁能源发电机组相连接，所述清洁能源发电机组用于利用清洁能源发电，所述泵反转透平装置用于进行水力发电或水能储存。
5.根据权利要求4所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：所述泵反转透平装置在所述清洁能源发电机组的发电量小于负荷量时，运行在透平工况，进行水力发电；所述泵反转透平装置在所述清洁能源发电机组的发电量大于负荷量时，运行在水泵工况，进行水能储存。
6.根据权利要求4所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：数据实时采集模块包括振动加速度传感器、压力传感器、霍尔传感器，所述振动加速度传感器用于获取泵反转透平装置的振动信息；所述压力传感器用于获取水的压力信息；所述霍尔传感器用于获取泵反转透平装置的功率信息。
7.根据权利要求1所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：数据实时采集模块采集的实时数据通过LabVIEW平台的VI前面板显示，并将实时数据写入MySQL数据库。
8.根据权利要求1所述的能源微网的水电储能装备智能化运行监测系统，其特征在于：所述故障预警模块根据所述水电储能装备模块不同段的水压流量设定不同振动预警阈值来进行预警处理，当流量大于0.7QBEP且小于1.1QBEP的正常工况运行时，振动的极限不超过2.8mm/s；当流量介于0.3QBEP和0.7QBEP、1.1QBEP和1.2QBEP之间时，振动不超过正常运行工况下振动水平的1.3倍；当流量低于0.3QBEP或大于1.2QBEP时，振动不超过正常工况下振动水平的1.5倍。
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