可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文.docx

可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文.docx

《可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文

四川大学网络教育学院

本科生（业余）毕业论文（设计）

题目可再生能源发电并网调度自动化系统的研究与实现

办学学院四川大学网络教育学院

校外学习中心重庆药监局电大奥鹏

专业电气工程及其自动化

年级2009春季

指导教师陈实

学生姓名岳丽

学号aDH1091gi009

2011年3月1日

可再生能源发电并网调度自动化系统的研究与实现

学生：

岳丽指导教师：

陈实

摘要

为落实我国关于可再生能源发电的相关政策法规，本文阐述了国内外可再生能源发电及电网调度自动化研究动态，在研究可再生能源发电技术、电网调度自动化技术、GPRS-Internet网络、地理信息系统和计算机测控技术等相关技术的基础上，设计了可再生能源发电并网调度自动化系统，包括系统的组成结构、功能和基于GPRS-Internet的通信规约的设计，实现了数据采集和监控（SCADA）、自动发电控制（AGC）、经济调度控制（EDC）和信息管理等功能。

该系统功能全面，操作方便，运行效率高，可有效地推动可再生能源发电并网工作的实施，具有推广应用价值。

关键词：

测控技术，电网调度自动化，计算机监控，GPRS-Internet网络，通信规约

TheResearchandImplementationofRenewableEnergyGenerationGrid-connectingandDispatchingAutomatizationSystem

Student:

yueliSupervisor：

chengshi

Abstracts

Inordertocarryoutthenationalpoliciesandregulationrelatedtorenewableenergypowergeneration,thethesiselaboratesthedevelopmentsofthedomesticandoverseasrenewableenergypowergenerationanddispatchingautomatizationtechnology,basedontheresearchofrenewableenergypowergenerationtechnology,powergriddispatchingautomatizationtechnology,GPRS-Internet,GeographicInformationSystemsandcomputermeasurementandcontroltechnologyandsoon,designsarenewableenergypowergenerationgrid-connectinganddispatchingautomatizationsystem,includingthedesignofthestructureandthefunctionsofthesystem,andthecommunicationprotocolbasedontheGPRS-Internet,implementsSupervisoryControlAndDataAcquisition（SCADA）AutomatizationGenerationControl（AGC）,EconomiocalDispatchingControl（EDC）andinformationmanagementandsoon.thesystemisfull-feetured,easytouseandhigh-effiency,itcaneffectivelypromotetheimplementationoftherenewableenergypowergenerationparallellingingrid,anditisworthyofwidespradapplication.

Keywords:

measurementandcontroltechnology,powergriddispatchingautomatization,computermonitoring,GPRS-Internet,communicationprotocol

目录

摘要2

Abstracts3

第一章引言6

1.1课题背景及意义6

1.2国内外研究动态7

1.2.1可再生能源发电的发展及现状7

1.2.2电网调度自动化系统的发展动态8

第二章可再生能源发电及电网调度自动化技术9

2.1可再生能源发电9

2.1.1太阳能发电9

2.1.2风力发电12

2.2电网调度自动化系统12

2.2.1监测控制和数据收集系统（SCADA）12

2.2.2自动发电控制13

2.3通信规约13

2.3.1循环式规约（CDT）13

2.3.2应答式规约（Polling）14

2.3.3DL/T645-1997通信规约15

2.3.4TCP/IP协议15

2.4地理信息系统16

2.5电网自动化通信方式17

2.5.1有线通信方式17

2.5.2无线通信方式18

2.5.3GPRS-Internet网络18

第三章系统的组成结构、实现的功能及开发工具20

3.1系统的设计原则20

3.2系统通信网络和通信机制21

3.3系统组成结构22

3.4系统实现的功能23

3.5开发工具的选择及技术方法24

3.5.1开发工具的选择及应用24

3.5.2OLE自动化技术25

3.5.3跨平台集成地图的方法25

第四章可再生能源发电并网调度自动化系统的设计26

4.1数据库的设计26

4.2数据采集和监控（SCADA）的设计28

4.2.1系统通信规约的28

4.2.2SCADA的设计28

4.3自动发电控制的设计30

4.4经济调度控制的设计30

4.4.1系统运行策略和并网调度控制31

4.4.2天气预报信息的提取和应用31

4.5信息管理功能的设计31

4.5.1双向电能交易管理31

4.5.2地图管理32

4.5.3短信管理32

4.5.4报表管理和曲线分析32

4.5.5RTU管理和用户管理33

参考文献：

34

第一章引言

1.1课题背景及意义

能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。

随着人类使用能源特别是化石能源的数量越来越多，能源对人类经济社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越明显。

电力在能源中具有特别重要的地位。

通过应用电力技术，能够把各种化石能源、核能、水能、风能、太阳能等一次能源，转化成传输使用方便、高效清洁的二次能源，目前，世界能源供应主要依赖化石能源，以化石能源为原料的火力发电长期以来在电力系统中占据主导地位，随着社会科技、经济的进步，电力需求日益增加，火力发电带来的环境问题、能源问题等弊端日趋严重。

近年来，全球能源消费不断增长，随着石油价格持续攀升，以及《京都议定书》的生效,能源与可持续发展的问题极大的引起了全人类的广泛关注，要实现可持续发展的战略目标，可持续能源的供应支持是必不可少的。

随着国际社会越来越关注环境问题以及能源技术不断进步，替代煤炭和石油的清洁能源增长迅速，天然气、核能和可再生能源的份额将不断提高。

将可再生能源大规模应用于发电是解决目前电力供应紧张以及环境污染问题的一个有效途径，因此，可再生能源发电的发展得到世界许多国家的广泛关注，成为国际能源领域的热点[1]。

电网调度自动化系统是电网调度安全运行的重要保障和手段之一、目前，电网调度自动化系统主要用于以“大机组、大电网”为特点的供电系统，随着电力技术的发展，其应用范围将逐步扩大，由于可再生能源具有分散性和规模不大的特点，它们受自然条件的制约不能长时间稳定供电，这些特点决定了把可再生能源发电联入市电电网的必要性。

在联网之后，它们才能最大程度地发挥自己的优势而避免它们的缺点。

将可再生能源发电与电网调度自动化系统有机结合具有深远意义。

随着社会政治、经济、科技的快速发展，各国对可再生能源发电的关注程度日益提高，我国近年来制定了一系列的政策法规大力支持可再生能源发电。

于2005年2月28日通过并于2006年1月1日正式实施的《中华人民共和国可再生能源法》，提出了国家扶持可再生能源产业发展的法律框架，并把支持可再生能源发电作为核心内容之一。

2006年1月22日《可再生能源发电价格和费用分摊试行管理办法》正式公布，该办法是遵循可再生能源法中提出的“有利于促进可再生能源发展和经济合理的原则”制定的。

2006年2月6日，国家发改委发布的《可再生能源发电有关管理规定》也明确指出：

可再生能源发电规划应纳入同级电力规划；发电企业应当积极投资建设可再生能源发电项目并承担国家规定的可再生能源发电配额义务，大型发电企业应当优先投资可再生能源发电项目。

2007年6月7日，国务院审议通过了《可再生能源中长期发展规划》，该规划提出到2020年，我国的可再生能源的消费量达到能源消费总量15%。

2007年7月17日国家电力监管委员会主席办公会议审议通过《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》，于9月1日起实施。

它规定，对于电网覆盖范围内的水力、风力、生物质、太阳能、海洋能和地热能发电六种可再生能源发电企业，今后电网企业必须优先全额收购其上网电量。

除大中型水力发电外，可再生能源发电机组不必参与上网竞价，电网企业需优先收购并安排调度[2]。

1.2国内外研究动态

1.2.1可再生能源发电的发展及现状

可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的太阳能、风能、生物质能、小水电、地热能以及海洋能等能源。

将可再生能源大规模应用于发电是解决目前电力供应紧张、能源压力以及环境污染问题的有效途径，近年来，可再生能源发电在国内外得到广泛发展，由于太阳能和风能具有资源丰富、取之不竭等特点，使其成为发展最快且最具发展前景的主要可再生发电能源。

（1）太阳能发电

太阳能是取之不尽用之不竭的能源，地球每年接收到的太阳辐射能高达1.8*1018KW·h，相当于全球能耗的数万倍。

太阳能发电主要有两种方式，即太阳能热发电和太阳能光伏发电。

近几年，国际光伏发电迅速发展，美国、欧洲、日本和部分东南亚国家制定了庞大的光伏发电发展计划，2007年发电功率达20MW的太阳能发电站在葡萄牙正式启用。

世界太阳能电池产量每年以20%～30%甚至更高的递增速度发展，预计21世纪中叶，太阳能光伏发电将发展为重要的发电方式。

我国太阳能资源丰富，按各地区接受年太阳辐射总量的多少，可以把全国划分为五类地区。

一类地区为太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680～8400MJ/m2，包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海北部和西藏西部。

二类地区为太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量5850～6680MJ/m2，包括北京、天津、河北西北部、山西北部、内蒙古中部和南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、新疆南部和西藏东南部。

三类地区为太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为5000～5850MJ/m2，包括河北东南部、山西南部、吉林、辽宁、陕西北部、甘肃东南部、新疆北部、云南、河南、广东南部、香港、澳门、山东、江苏北部、安徽北部、福建南部和台湾西南部。

四类地区为太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量4200～5000MJ/m2，包括内蒙古北部、黑龙江、陕西南部、湖北、湖南、广西、广东北部、上海、江苏南部、安徽南部、江西、浙江、福建北部和台湾东北部。

五类地区为太阳能资源最差地区，年太阳辐射总量3350～4200MJ/m2，包括四川、重庆和贵州。

我国总面积2/3以上属于一、二、三类地区，年平均辐射量在4000MJ/m2以上，年日照时数超过2000小时。

同世界上同纬度的其他国家相比较，与美国相接近，比日本和欧洲国家都好，我国这样丰富的太阳能资源，为发展太阳能发电产业，提供了良好的市场。

例如日本大部分地区相当于我国的四类地区，建造同样的3KW并网型户用太阳能发电设备，按综合效率75%，太阳能电池光电转换效率10%计算，日本需用28m2太阳能电池，我国三类地区需用20m2太阳能电池，可节约28.5%太阳能电池费用，有利于并网型太阳能发电设备的推广使用。

1985年在甘肃省榆中县园子乡建成10KW太阳能发电站，2004年9月在广东深圳建成1MW太阳能发电站，2007年以前上海准备建设总容量5MW的示范太阳能发电站，其中首先在崇明岛建设1MW太阳能发电站。

四川攀西地区准备建设2MW太阳能发电站。

2006年11月敦煌市召开100MW太阳能并网光伏发电项目筹建会，欲投资60亿人民币建全球最大太阳能发电站[3]。

目前，独立太阳能光伏发电系统在我国的应用相对广泛，但并网太阳能光伏发电系统落后于美国、欧洲、日本等发达国家。

根据“十一五”规划，到2010年，我国光伏发电总装机容量将达500MW。

（2）风力发电

风力发电是近年世界上发展最快的，也是除水力发电外技术最成熟、最具发展规模和前景的可再生能源发电技术。

全球大气中总的风能量约为1017KW·h，其中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5*1012KW·h。

20世纪80年代以来，工业发达国家对风力发电机组的研制取得了巨大进展。

单机容量在100KW以上的机组研发及生产在欧洲的德国、荷兰、西班牙等国取得了快速进展。

20世纪90年代，单机容量为100KW～200KW的机组已在风力发电中成为主导机型。

同时，单机容量在1MW以上的机组也已研发成功。

近5年来，世界风能市场每年以40%的速度增长。

我国拥有丰富的风能资源，根据中国气象科学研究院估计，我国陆地风能资源理论储量为32.26亿KW，可开发的风力资源约2.5亿KW，主要集中在北部地区，包括内蒙古、甘肃、新疆、东北三省、青海、西藏和河北等省、区。

风能资源丰富的沿海及其岛屿，其可开发量约为10亿KW，主要分布在辽宁、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等地。

近几年来，政府开展了一系列特许权项目并在政策上进行扶植，加快了我国风电的发展。

1986年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场，到1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.125MW，最大单机容量为200KW。

到1995年，全国共建成了5座并网型风电场，装机总容量为36.1MW，最大单机容量为500KW。

1996年后，风电发展进入了扩大建设规模的阶段，最大单机容量达到1500KW，到2006年底，全国累计3311台风电设备分布在16个地区的91个风电场。

2007年底累计已达6050MW。

目前，我国风电规模在世界排名第五，但与排名第一的德国（20620MW）及其它风电技术水平较高的国家相比还有很大差距。

传统能源不可再生，迟早会枯竭，可再生能源具有清洁、高效、无污染的特性，资源丰富、可循环利用，随着科学技术的发展，可再生能源势必会逐步取代传统能源成为能源供应主体，传统的火力发电将势必被可再生能源发电所取代[4]。

1.2.2电网调度自动化系统的发展动态

电网调度自动化系统是确保电网安全、优质、经济供电，提高电网调度运行管理水平的重要手段，是电力生产自动化和管理现代化的重要基础。

目前为止，电网调度自动化系统的发展已经经历了四代，第一代是20世纪70年代，电力系统将计算机技术引入调度中心与远动技术结合，出现了基于专用机和专用操作系统的监测控制与数据采集（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA）系统。

80年代，出现了调度主机双机热备用系统，即第二代系统，特点是基于通用计算机和集中式的SCADA/能量管理系统（EnergyManagementSystem，EMS）,部分EMS应用软件开始实用化。

90年代，基于精简指令集计算机（RISC）/UNIX的开放式EMS属于第三代产品，采用商用关系型数据库和先进的图形显示技术，EMS应用软件更加丰富完善，其主要特征是基于RISC图形工作站的统一支持平台的功能分布式系统。

目前已开发出第四代电网调度自动化系统，它是一套支持EMS、配电网管理系统（DistributionManagementSystem，DMS）、广域监测预警系统和公共信息平台等应用的电网调度集成系统，为调度自动化提供了一系列的集成方案。

改革开放前，我国电网调度自动化领域内的远动化和数字化是按远动和计算机两个专业各自发展的。

1979年我国第一条500KV平武线输电工程引进第一套计算机与远动终端一体化的SCADA系统。

20世纪80年代后期东北、华北、华中、华东四大电网引进能量管理系统（EMS）。

随后开放式分布式系统和面向对象技术得到很大发展。

近年来，随着计算机技术、通信技术、数据库技术、Internet技术的发展，电网调度自动化系统涌现了大量应用新技术，其中包括国际流行的CORBA（CommonObjectRequestBrokerArchitecture，一组用来定义“分布式对象系统”的标准）中间件平台技术、公用信息模块（CommonInformationModel，CIM）技术、可视化技术、电力市场交易与安全分析一体化的技术、网络信息服务技术等。

新一代电网调度自动化系统应满足国际标准，兼具开发性与扩展性，并符合未来电网调度自动化系统安全生产和经济调度的需求[5]。

第二章可再生能源发电及电网调度自动化技术

2.1可再生能源发电

21世纪，能源与可持续发展的问题引起了全人类的广泛关注。

能源危机和环境污染是构建和谐社会和可持续发展所面临的重大挑战。

可再生能源资源丰富且是一种清洁的能源，将其用于发电不仅可以解决日益严峻的能源危机，并且可以解决目前电力供应紧张以及环境污染等问题。

在诸多可再生能源发电中，太阳能发电和风力发电备受青睐且其发展速度相对较快。

2.1.1太阳能发电

太阳能是一种清洁的、取之不尽的可再生能源，应用太阳能发电是开拓新能源和保护环境的有效途径。

目前，太阳能发电技术主要有太阳能光发电和太阳能热发电。

（1）太阳能光发电

太阳能光发电是通过光电装置将太阳光直接转化为电能。

太阳辐射的光子带有能量，当光子照射半导体材料时，光能便转换为电能，这个现象叫“光伏效应”。

太阳能光伏发电，是利用光伏效应的原理将照射到太阳能电池上的太阳光转换为电能，发出的直流电经逆变装置转化为交流电送给用户或电网，是当今太阳光发电的主流。

光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部分。

光伏电池技术参数如表2-1所示。

表2-1光伏电池技术参数

标准测试条件

AM1.5光强，1000W/m2,t=25℃

光电转换效率

15%

电池板开路电压

21.5V

电池板最佳工作电压

17.5V

绝缘电阻

大于200兆欧

填充因子FF%

70%

使用寿命

使用大于20年（20年效率大于原来效率的90%）

以硅片为基础的第一代光伏电池，其技术已发展成熟，但材料昂贵且制作全过程中要消耗很多能源。

基于薄膜技术的第二代光伏电池中，很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上，大大减少了半导体材料的消耗，并且易于形成批量自动化生产，从而大大降低了光伏电池的成本。

国际上已经开发出电池效率在15%以上、组件效率10%以上和系统效率8%以上、使用寿命超过15年的薄膜电池工业化生产技术。

第三代高转换效率的薄膜光伏电池通过减少非光能耗，增加光子有效利用以及减少光伏电池内阻，使得光伏转换效率的上限有望获得新的提升。

化合物太阳能电池（如铜铟镓硒等）正以其转换效率高、成本低、弱光性好及寿命长等优点成为新一代光伏电池发展方向。

逆变装置是将直流电变换为交流电的电力电子变换装置。

光伏阵列发出的电能为直流电，除特殊用电负荷外，均需要使用逆变装置将直流电变换为交流电。

独立光伏发电系统中逆变装置的安全可靠运行是首要问题，蓄电池端电压在充放电过程中波动很大，要求逆变装置有较好的调压性能。

并网型逆变装置区别于独立逆变装置的一个重要特征是必须进行“孤岛效应”防护。

孤岛效应指并网逆变装置在向电网供电时，电网因电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电，并网逆变装置却仍会继续向电网输送一定比例的电能。

为了避免事故发生和损坏设备，要求在电网停电后，必须立即中止光伏并网发电系统对电网的供电。

目前国际上对于逆变装置的研究一方面集中于针对“孤岛效应”的被动和主动防护检测方法；另一方面，综合了最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）控制、电网电流控制及电压放大等多功能的多电平逆变装置也逐渐浮出水面。

成为提高光伏发电系统整体效率的重要途径之一。

并网逆变装置SunnyBoySWR1100LV是为24-60V的低直流输入电压而设计，可用于多路并联光电组件输入或特殊组件连接的光伏法发电中，最大效率高达92%，欧洲标准效率为90.4%。

其技术参数如表2-2所示。

表2-2并网逆变装置SunnyBoySWR1100LV技术数据

输入数据

输出数据

建议最大光伏输入功率（PPV）

约1350Wp

最大交流功率（PAC，max）

1100W

最大支流输入功率（PDC，max）

1210W

额定交流功率（PAC，mon）

1000W

最大支流输入电压（UDC，max）

60V

设定电网工作电压范围（UAC）

198V-260V

输入电压范围MPPT（UPV）

24-60V

可调整范围

180V-265V

最大输入电流（IPV，max）

56A

设定电网工作频率范围（fAC）

49.8Hz-50.2Hz

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。

独立运行的光伏发电系统是靠光电转换来发电，需要有蓄电池做储能装置，其系统结构图如图2-1所示，本系统适用于无电网的边远地区及人口分散地区。

图2-1独立运行的光伏发电系统

在有市电电网的地区，适于并网光伏系统，它将太阳能发电系统的电力通过并网逆变装置并入市电电网，将市电电网作为光伏发电系统的载体，实现高品质电能的双向传输，电能互补。

此系统中并网逆变装置起关键作用，它具有同电网联接的功能。

系统结构如图2-2所示。

市内电网

图2-2并网光伏发电系统框图

（2）太阳能热发电

太阳能热发电是利用太阳的热能发电，通过集热装置将太阳辐射的热能集中，驱动发动机发电。

由于通常入射到地球表面的太阳能是广泛而分散的，要充分收集并使之发挥热能效益，就必须采取一种能把太阳光发射并集中在一起，变成热能的系统。

目前常用的有2种方法：

一种是将太阳光发射并集中在一起，称为聚光式；另一种是直接利用太阳热能，称为聚热式。

采用前者的有塔式、槽式和盘式等太阳热发电技术；采用后者的有太阳能塔热气流发电和太阳池等发电技术。

目前世界上现有的应用最广泛的太阳能热发电系统大致可分为：

槽型抛物面聚焦系统、中央接受器或太阳塔聚焦系统和盘面抛物面聚焦系统。

太阳能塔热气流发电系统主要包括太阳能集热器、太阳能塔和涡轮发电机组。

其基本原理是利用了温室效应、烟囱效应和窝轮旋转发电这三项已成熟的技术组合形成了一个全新的发电方式。

太阳池是一种人造的盐水池，它是利用具有一定盐浓度梯度的池