孫連彪 王厚霖(河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院,河北保定 071002)

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風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

孫連彪 王厚霖
(河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院,河北保定 071002)

【摘 要】風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)后能夠給用戶帶來(lái)巨大的福利,但是也會(huì)給電網(wǎng)造成很多不利的影響(如給電網(wǎng)造成諧波污染,引起電壓波動(dòng)、電壓閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題),為此開發(fā)風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文所開發(fā)的風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng),旨在對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電部分和風(fēng)力發(fā)電部分的輸出電壓、輸出電流和輸出功率以及逆變器的輸入、輸出電壓和電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響加以評(píng)估,以觀察電能質(zhì)量指標(biāo)是否存在超出規(guī)定限值。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng) 監(jiān)控 評(píng)估

1 風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)由六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的模塊構(gòu)成，它們分別為數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊、控制模塊、實(shí)時(shí)參數(shù)顯示模塊、評(píng)估模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示。

第一，數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)向各個(gè)測(cè)量?jī)x表發(fā)送符合其通訊規(guī)約的查詢指令。硬件上包括測(cè)量電氣參數(shù)的電力儀表、測(cè)量風(fēng)速及風(fēng)向的風(fēng)速儀和測(cè)量日照強(qiáng)度輻照儀，能夠完成對(duì)發(fā)電系統(tǒng)各重要節(jié)點(diǎn)的電壓電流、風(fēng)速風(fēng)向及日照強(qiáng)度的采集，并將這些參數(shù)快速準(zhǔn)確地傳送至監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)。

第二，通訊模塊。通訊模塊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)和各智能儀表間的通訊。多功能電力儀表、風(fēng)速儀和輻照儀均提供RS485通訊接口，可組成RS485通訊網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)RS485-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)智能儀表RS485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)的以太網(wǎng)通訊。通訊規(guī)約采用智能儀表均支持的Modbus-RTU協(xié)議，有較高的通用性和傳輸效率。

第三，控制模塊?？刂颇K從通訊模塊接收采集到的電參數(shù)，并完成數(shù)據(jù)的分析和處理。該模塊還為實(shí)時(shí)參數(shù)顯示模塊提供當(dāng)前暫存的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫(kù)模塊提供數(shù)據(jù)源，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的寫入與讀取操作。

第四，實(shí)時(shí)參數(shù)顯示模塊。實(shí)時(shí)參數(shù)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能光伏板輸出電壓、電流和功率數(shù)據(jù)，逆變器輸入輸出端電壓、電流和功率數(shù)據(jù)以及風(fēng)速風(fēng)向和日照強(qiáng)度等氣象數(shù)據(jù)。并實(shí)時(shí)繪制各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化曲線，直觀地反應(yīng)出發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

第五，評(píng)估模塊。評(píng)估模塊對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)前后的電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，主要針對(duì)電壓偏差、電壓和電流諧波畸變率在并網(wǎng)前后的變化來(lái)評(píng)估風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，模塊能夠分別評(píng)估穩(wěn)態(tài)時(shí)和動(dòng)態(tài)過(guò)程發(fā)電系統(tǒng)的接入對(duì)電網(wǎng)的影響。

第六，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊將實(shí)時(shí)采集到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)保存到本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備系統(tǒng)查詢、歷史曲線的繪制和電能質(zhì)量的評(píng)估等使用。數(shù)據(jù)庫(kù)采用甲骨文公司的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具為ADO.NET。

2 風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)通訊主程序的設(shè)計(jì)

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)的功能模塊圖

運(yùn)行程序之后，會(huì)生成一個(gè)可視化界面，該界面為系統(tǒng)的主窗體，點(diǎn)擊主窗體中的“啟動(dòng)通訊”按鈕之后，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)通訊程序進(jìn)行初始化并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸總線設(shè)置，當(dāng)點(diǎn)“接收數(shù)據(jù)”按鈕之后，將會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)通訊監(jiān)聽(tīng)線程，執(zhí)行查詢數(shù)據(jù)幀發(fā)送程序，向測(cè)量?jī)x表發(fā)送查詢數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，響應(yīng)數(shù)據(jù)幀接收程序開始接收數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，程序進(jìn)入到正常的數(shù)據(jù)通訊階段；轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)流分兩部分傳輸，一部分是將接收并轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)的可視化監(jiān)控界面上顯示出來(lái)，另一部分是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于繪制歷史數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線，并利用歷史數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)前后進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)估發(fā)電系統(tǒng)的接入對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。

2.2 啟動(dòng)通訊模塊程序的設(shè)計(jì)

在風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)主窗體上點(diǎn)擊“啟動(dòng)通訊”按鈕之后，首先要對(duì)485-以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊初始化，初始化成功之后要對(duì)總線參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如果總線參數(shù)設(shè)置成功，即可以連接485-以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接成功后，則可以開啟數(shù)據(jù)通訊監(jiān)聽(tīng)線程，觸發(fā)查詢數(shù)據(jù)幀發(fā)送模塊程序和響應(yīng)數(shù)據(jù)幀接收及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊程序的執(zhí)行；如果總線參數(shù)設(shè)置或協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接失敗，則程序在提示相應(yīng)錯(cuò)誤之后便會(huì)結(jié)束。

2.3 查詢數(shù)據(jù)幀發(fā)送模塊程序的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通訊監(jiān)聽(tīng)線程啟動(dòng)之后，會(huì)觸發(fā)執(zhí)行查詢數(shù)據(jù)幀發(fā)送模塊程序，該程序先將查詢數(shù)據(jù)幀現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存放到最終命令數(shù)組中，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)碼計(jì)算出CRC校驗(yàn)碼，再將計(jì)算出來(lái)的CRC校驗(yàn)碼存放到最終命令數(shù)組中，形成最后的查詢數(shù)據(jù)幀，并將其發(fā)送到待查詢的測(cè)量?jī)x表中，等待測(cè)量?jī)x表的響應(yīng)。

2.4 響應(yīng)數(shù)據(jù)幀接收及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊程序的設(shè)計(jì)

測(cè)量?jī)x表在接收到查詢數(shù)據(jù)幀之后，會(huì)返回響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，該模塊程序即用來(lái)接收測(cè)量?jī)x表返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀。首先將用來(lái)接收響應(yīng)數(shù)據(jù)幀的接收數(shù)組清零，之后接收測(cè)量?jī)x表返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)接收數(shù)組接收到的數(shù)據(jù)是字符串型的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)碼，之后需要經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)，將原來(lái)接收到的字符串型十六進(jìn)制數(shù)據(jù)碼轉(zhuǎn)換為單精度浮點(diǎn)型十進(jìn)制數(shù)，并賦值給之前定義的變量，即可完成數(shù)據(jù)的最終接收，接收到的數(shù)據(jù)可以在設(shè)計(jì)的可視化界面上顯示，也可以存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中供查詢使用。

3 結(jié)語(yǔ)

由于自然界中的風(fēng)和太陽(yáng)光具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率也會(huì)隨之上下波動(dòng)，所以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諸多影響，故本文設(shè)計(jì)了風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電監(jiān)控及評(píng)估系統(tǒng)，旨在對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析與評(píng)估。