可再生能源发电并网调度自动化系统的研究论文.doc
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1、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
2、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The Research and Implementation of Renewable Energy Generation Grid-connecting and Dispat
3、ching Automatization SystemStudent:yueli Supervisor:chengshiAbstractsIn order to carry out the national policies and regulation related to renewable energy power generation, the thesis elaborates the developments of the domestic and overseas renewable energy power generation and dispatching automati
4、zation technology, based on the research of renewable energy power generation technology, power grid dispatching automatization technology, GPRS-Internet, Geographic Information Systems and computer measurement and control technology and so on, designs a renewable energy power generation grid-connec
5、ting and dispatching automatization system, including the design of the structure and the functions of the system, and the communication protocol based on the GPRS-Internet, implements Supervisory Control And Data Acquisition(SCADA) Automatization Generation Control(AGC), Economiocal Dispatching Con
6、trol(EDC) and information management and so on. the system is full-feetured, easy to use and high-effiency, it can effectively promote the implementation of the renewable energy power generation parallelling in grid, and it is worthy of widesprad application.Key words: measurement and control techno
7、logy, power grid dispatching automatization, computer monitoring, GPRS-Internet, communication protocol目 录摘 要2Abstracts3第一章引言61.1课题背景及意义61.2国内外研究动态71.2.1可再生能源发电的发展及现状71.2.2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92.1可再生能源发电92.1.1太阳能发电92.1.2风力发电122.2电网调度自动化系统122.2.1监测控制和数据收集系统(SCADA)122.2.2自动发电控制132.3通信规约
8、132.3.1循环式规约(CDT)132.3.2应答式规约(Polling)142.3.3 DL/T645-1997通信规约152.3.4 TCP/IP协议152.4地理信息系统162.5电网自动化通信方式172.5.1有线通信方式172.5.2无线通信方式182.5.3 GPRS-Internet网络18第三章系统的组成结构、实现的功能及开发工具203.1系统的设计原则203.2系统通信网络和通信机制213.3系统组成结构223.4系统实现的功能233.5开发工具的选择及技术方法243.5.1开发工具的选择及应用243.5.2 OLE自动化技术253.5.3跨平台集成地图的方法25第四章可再
9、生能源发电并网调度自动化系统的设计264.1数据库的设计264.2数据采集和监控(SCADA)的设计284.2.1系统通信规约的284.2.2 SCADA的设计284.3自动发电控制的设计304.4经济调度控制的设计304.4.1系统运行策略和并网调度控制314.4.2天气预报信息的提取和应用314.5信息管理功能的设计314.5.1双向电能交易管理314.5.2地图管理324.5.3短信管理324.5.4报表管理和曲线分析324.5.5 RTU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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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*10
15、18KWh,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66808400MJ/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
16、区,年太阳辐射总量58506680 MJ/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50005850 MJ/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42005000 MJ/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
17、资源最差地区,年太阳辐射总量33504200MJ/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
18、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
19、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1017KWh,其中蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5*1012KWh。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100KW200KW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
20、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20
21、06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,
22、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(Supervisory Control And Data Acquisition,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(Energy Management System,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
23、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(Distribution Management System,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
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