发电厂通信设计

发电厂通信设计（精选7篇）

发电厂通信设计 篇1

田湾核电站机组大修期间, 现场引进大量办公式集装箱以满足大修承包商工作需要。由于集装箱安置位存在的离散性和流动性, 致使临时电缆敷设的安全性和可靠性无法得到有效保障, 并造成较大的资源浪费。有线通信无法及时满足现场办公的需要。

为了满足现场通信的需要, 保证大修工作的顺利进行, 需对原有的通信网络进行改造, 实现有线网和无线网并存。

1 主要用途

保证现场无线网络的语音和数据通信的可用和可靠, 缓解有线通信的压力, 保障机组大修工作的顺利进行。

2 总体思路

对原有的通信网络进行改造, 实现有线网和无线网并存。在现场架设无线基站, 使用多网覆盖方式来消除网络死角, 提高信号质量。并根据办公需要配置固定电话式小灵通, 替代一部分有线电话, 利用其灵活、机动的使用特性, 缓解现场集装箱区域有线语音通信的压力。

3 关键技术与技术难点

(1) 关键技术:确保无线网络的安全性

(2) 技术难点:AP具体安装位置的确定。一是如何合理安装AP、使用最少量的AP, 使无线信号尽可能多的覆盖整个大修临时办公区域;二是如何合理安装AP, 消除网络死角, 提高信号质量。

4 技术方法

通过安装MOTO无线接入点和无线网卡, 在原有的有线内部局域网架构起无线局域网, 使得大修临时办公区域内的办公区、会议室、休息区都可以移动上网, 为移动办公创造条件。无线网络是在54M AP的基础上建立起来的, 经过勘察和测试后, 把AP安装在电站合适的建筑物上, 在使用最少量AP的情况下使无线信号尽可能多的覆盖整个大修临时办公区域。由于办公区域及环境结构的不同, 在调整AP具体位置时有着不同的考虑, 如在集装箱密集的区域, AP的架设尽量避免与集装箱体纵向对齐, 应使信使信号穿越集装箱体的距离尽量短, 以保证无线网络信号质量, 确保在0—200米范围内安装无线网卡的办公电脑都可以实现54Mbps的网络连接。

由于无线用户的流动性和不确定性, 需要多用户之间互访的进行隔离, 这一点可以通过用原有的三层交换划分VLAN隔离。工作人员认证采用不同的SSID和相应的WEP加密, 即可进入到不同的VLAN, 从而访问相应权限的数据。

另外根据现场办公需要, 配置固定电话式小灵通, 替代一部分有线电话, 利用其灵活、机动的使用特性, 缓解了现场集装箱区域有线语音通信的压力, 如图1。

5 创新性与先进性

5.1 创新性

将核电站现场的有线专用网络进行无线改造, 大大提高了设备组网的灵活性和机动性, 并且节约了大量的工程布线, 减少了线路的维护费用。从而减少了资源浪费、降低了成本投入, 达到节能减排的目的。同时, 还有效避免了临时线路敷设可能带来的安全风险。

使用多网覆盖方式来消除网络死角, 提高信号质量。并根据办公需要配置固定电话式小灵通, 从而保证现场无线网络的语音和数据通信的可用和可靠, 缓解有线通信的压力。

5.2 先进性

采取较为先进、成熟的产品和技术以及软件开发环境, 利用了现代计算机电信集成技术, 具有一定的先进性、安全性、可靠性和可扩展性。

6 应用和效益

目前覆盖临时办公区域的无线网络各项功能趋于完善, 设备稳定, 在大修的工作包文件传递、信息查询、语音通信等功能的使用获得用户一致好评, 确保了系统通信数据、质保数据、探伤数据等重要数据的及时、准确传输。

与有线网络相比, 无线局域网不在需要大量的工程布线, 同时节省了线路维护的费用。对整个大修临时办公区域来说, 无线网络比有线网络更简单, 更合理, 更具经济性。

与有线网络相比, 无线网具有灵活性、低成本、移动性、易安装等特点。伴随着社会的进步和科技的发展, 无线网络在各个领域中发挥着非常重要的作用。同时, 极大简化员工工作步骤, 提高了员工的工作效率, 促进了公司整体办公水平的提高。

7 结束语

对于地域条件受限制的有线网络来说, 无线网络可以弥补其不足之处, 两者相辅相成。田湾核电站大修临时办公区域无线网络的应用, 是一个典型, 十分具有推广价值的改造行为, 它降低了设备与线路的维护成本, 并且提高了工作效率, 方便了广大员工, 促进了公司信息化, 数据化的科学管理模式的进程, 为田湾核电站专网通信网络的改进和后续扩建项目的设计提升积累了宝贵经验。

摘要：针对核电站内部有线通信专网的不足和大修承包商现场工作的阶段性需求, 提出利用无线数据通信网络和无线语音通信网络通信技术对原有有线通信网络进行局部改造, 实现无线网络与有线网络的无缝衔接。无线通信网络采用合理架设基站、配置固定式小灵通设备等技术手段建立, 避免了对有线网络进行改造而可能产生的资源浪费和核安全风险, 极大提高了大修工作文件和人员沟通等信息传输的效率和可靠性。

关键词：无线通信,有线通信,并存,基站,数据,语音

发电厂通信设计 篇2

传统的以太网接入方式, 往往采用主控制器连接物理层接口芯片 (如DM9000A) , 在主控CPU中嵌入以太网通信协议。这种方式需要编写繁琐的网络协议程序并且耗费大量的时间进行调试, 难以实现系统的快速开发和稳定运行, 更不利于系统的更新升级[1]。因此, 采用独立于主控CPU的网络协议专用处理器并行工作的方式可以解决传统以太网接入方式带来的弊端。这种方式使得系统应用程序和数据的传输分别运行于不同的硬件, 有效降低了主控制器的运行负担, 增加系统的稳定性, 缩短系统的开发周期。系统的模块化设计也便于系统的更新升级。笔者使用内部集成硬件协议栈的网络接口芯片W5100实现了风力发电机组状态监测装置的远程通信。

1 系统设计

本系统包括就地数据采集装置和数据分析系统两部分, 风机现场的运行数据由就地采集装置采集完现场信号, 经由以太网和光纤传输到主控中心的数据分析系统上进行信号分析。系统的拓扑结构和功能结构分别如图1、2所示。

本系统能够对风电场不同设备的运行情况作具体分析, 并作出具有针对性的分析处理, 可以代替风电场运行维护人员通过机组主控系统和定期巡视检查的方式来了解机组的运行状态, 减少维护人员的劳动强度[2]。

2 W5100的功能概述

2.1 W5100总体介绍

W5100是集成有10/100以太网控制器的单片网络接口芯片。其内部集成了硬件TCP/IP协议栈、以太网MAC和以太网PHY, 支持TCP、UDP及IPv4等多种网络协议。提供3种总线接口:直接并行总线接口、间接并行总线接口和SPI总线接口, 简化了系统的硬件设计。使用W5100不需要考虑以太网的控制, 只需像访问外部存储器一样进行简单的端口 (Socket) 编程即可, 尤其是SPI总线操作方式不仅可以最大程度地简化硬件接口, 而且能够极大地减少网络编程的工作量。W5100支持信号的自动极性反转, 可以自动识别信号的传输模式 (全双工和半双工) , 支持10/100以太网。内置16kB的数据发送/接收缓冲区可以实现大数据量的高速收发, 最大有效通信速率可达25Mbit/s。

W5100使用外置3.3V电源和内部1.8V电源供电, 其中1.8V电源由芯片内部线性稳压电路产生, 经外接滤波电容供回芯片, 无需另置电源, 降低了系统硬件设计的复杂性。W5100结构框图和基本外围连接如图3所示, 它由4部分构成:硬件TCP/IP核、MCU接口单元、数据收发缓冲区和以太网物理层。

由图3可知, 芯片通过内部以太网物理层 (PHY) 单元连接网络变压器, 再通过RJ45网络接口和以太网电缆接入以太网络, 完成系统网络侧的连接;系统主控侧通过芯片提供的总线接口连接主控CPU, 进而通过端口驱动程序完成数据的传输。

W5100还提供了多种LED接口用于指示芯片当前的工作状态, 包括:LINK (连接) 、SPD (速度) 、FDX (全双工/半双工) 、COL (IP地址冲突) 和RX/TX。

2.2 W5100的存储空间

W5100内部集成了强大的硬件以太网协议, 只需对其进行IP地址和端口配置即可接入以太网。通过控制寄存器合理选择和创建Socket后, 可以完成网络数据的接收和发送, 并把数据存放进芯片内部存储器中。W5100的内部工作存储器空间分为4部分, 如图4所示。

2.2.1 公共寄存器

公共寄存器主要包括模式配置寄存器 (MR) 、网关地址寄存器 (GWR) 、子网掩码地址寄存器 (SUBR) 、中断相关寄存器 (IR) 、本机MAC寄存器 (SHAR) 、本机IP地址寄存器 (SIPR) 、数据接收缓冲区配置寄存器 (RMSR) 及数据发送缓冲区配置寄存器 (TMSR) 等。

2.2.2 端口寄存器

端口寄存器控制W5100各个通道的数据收发。W5100支持4路独立数据通道, 对应有4组功能完全相同的端口控制寄存器。笔者以Sn表示S0、S1、S2、S3 4个通道。主要包括端口模式寄存器、端口命令寄存器、端口状态寄存器和端口发送/接收剩余空间寄存器。需要注意的是在发送或接收数据时, 用户必须先检查剩余空间的大小。

3 W5100与TMS320F2812的接口设计

TMS320F2812是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片。它既具有高性能的数字信号处理能力, 又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能, 特别适用于有数据处理的测控场合。TMS320F2812提供了丰富的外设接口, 方便系统的设计与扩展。如SCI、CAN及SPI接口等。

3.1 W5100与DSP硬件接口连接

W5100提供了多种总线接口, 本设计中使用W5100的SPI总线方式, 这种方式仅需4根信号线, 可以大大简化系统的硬件设计, 同时满足风力发电机组状态监测系统中对数据实时传输的要求。DSP通过SPI接口实现与W5100的通信, 其硬件接口如图5所示。

由图5可知, 串行接口模式只需4个引脚, 分别为从设备选择 (/SS) 、串行时钟 (SCLK) 、主出从入 (MOSI) 和主入从出 (MISO) 。SPI_EN为W5100的SPI模式使能端, 高电平有效。

3.2 DSP读写W5100时序

由于F2812主频高达150MHz, 在SPI主模式下, 最高比特率可达37.5Mbit/s, 而W5100最高数据传输速率为25MHz。必须设置DSP的分频系数, 使F2812的比特率低于W5100的最高数据传输速率, 比特率设定在15Mbit/s以下最佳。

系统中DSP需工作于主模式, W5100工作于SPI从设备模式0的方式下, 即数据在时钟的上升沿锁定, 下降沿输出。其操作时序如图6所示。

由图6可知, 主设备模式下, 首先将/CS信号置高, 然后配置主设备的相关寄存器, 把要传输的数据写入SPI数据寄存器, 将/CS信号置低等待数据传输完毕, 最后把/CS信号再置高。根据SPI协议, SPI设备只有两条信号线, 因此需要定义操作代码。W5100使用两种操作代码:读代码 (0x0F) 和写代码 (0XF0) 。SPI模式下, W5100使用完整的32位数据流, 包括一个字节的操作码、两个字节的地址码和一个字节的数据。

4 TMS320F2812以太网控制程序设计

由于W5100内部集成了多种硬件以太网传输协议, 所以主控芯片TMS320F2812只需通过SPI接口完成对芯片的配置和读写控制即可实现系统的网络功能。利用W5100提供的Socket API函数, 可以大大简化开发人员对其配置和收发操作的难度。笔者在TMS320F2812平台上移植了相关的接口函数, 实现了TCP/IP协议下客户端模式的程序设计。图7为系统的软件设计流程。

5 结束语

W5100内部嵌入了硬件以太网协议, 省去了编写和调试繁琐的以太网协议程序的时间, 加快了系统的开发速度。由于集成的硬件以太网协议和系统应用程序并行运行于两个独立的CPU, 增强了系统运行的可靠性。TMS320F2812通过网络协议芯片W5100扩展了网络功能, 最大有效数据传输速率可达2.5Mbit/s, 满足了风力发电机组状态监测装置对现场数据的传输要求。

参考文献

[1]徐元军.W3100在DSP系统以太网接口中的应用[J].微型机与应用, 2002, 21 (9) :17～19.

发电厂通信设计 篇3

1、装置整体运行原理

光伏发电监测报警系统是一个集数据采集处理和数据传输的装置, 首先光伏发电输入电网的各项电压电流通过三相电压传感器和三相电流传感器变成低压信号, 传感器输出的六路模拟信号通过AD7656模数转换芯片转换成数字信号, DSPTMS320F28335利用相关的算法对电压电流的数字量进行分析, 计算出系统需要的相关参数, 同时通过捕捉口计算出光伏发电输出电能的频率, 计算出所需参数后, DSP开始判断这些参数是否符合电能标准, 如果不符则会触发报警, 并将报警信息通过Zig Bee无线模块发送给监测中心, 同时所测电压和电流的数字量也会通过Zig Bee无线模块传输给监控中心。如果监测中心需要某一个光伏发电站的电能数据, 监测中心可以将相应控制指令通过Zig Bee无线模块发送给这个监测点。

2、系统硬件设计

2.1 数据采集模块硬件电路

2.1.1 DSPTMS320F28335最小系统板设计

DSP供电要求为I/O口供电电压为3.3V, 内核供电电压为1.9V, 本系统采用的电源转换芯片TLV1117-ADJ和TLV1117-3.3来给DSP提供电压, 其输入电压为5V, VO端与ADJ端加分压电阻, 这样就可以得到输出为1.9V的电压, TLV1117-3.3的输入电压为5V, 输出电压固定为3.3V。DSP的复位电路采用按钮复位电路, 正常情况下DSP的RESET端输入为高电平, 当按下按钮后, 则会将RESET端拉为低电平, 这样就实现了DSP的复位。DSP外接晶体的工作频率为30MHz, 利用内部的晶体振荡器电路来产生时钟, 而且DSP内部具有一个可编程的锁相环, 根据所需系统时钟频率对其编程设置, 可以得到想要的系统频率。

2.1.2 DSPTMS320F28335与AD7656的硬件设计

AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近 (SAR) 型ADC, 吞吐率高达250k SPS, 可以6通道同时采样, DSP的GPIO60端口与AD7656的CS端口相连作为片选控制口, GPIO61端口与AD7656的读信号RD相连作为读控制口, GPIO62端口与AD7656的BUSY相连, 用来检测AD转换是否结束, GPIO63端口与AD7656的RESET端口相连作为AD的重启口, GPIOA口的16个IO端口作为并行数据口与AD7656的并行数据口DB0-DB15相连。V1~V6为6路模拟信号输入端, 其外接传感器输入的六路模拟量, AD7656的Vdd和Vss电源输入端电压分别为+12V和-12V。

2.2 数据传输模块硬件电路设计

本系统选SZ05型嵌入式无线通信模块, 其是集成标准Zig Bee无线技术和串口的无线模块, 可实现多设备间的数据透明传输。此模块提供标准串口R S 2 3 2数据接口, 串口速率范围为1 2 0 0-115200bps, 其可直接与DSP等串口连接。

SZ05含有两个串口, 在这里我们选用串口1与DSP的串口相连, DSP的GPIOB5端口与DEVICE终端节点端口相连, DEVICE拉为低电平则表示具有终端节点的功能, DSP的GPIOB6和CENTER中心节点端口相连, 如果其为低电平表示无线模块具有中心节点功能, 若这两个端口都为高电平, 则表示其为中继路由器功能, 起到中继器的作用;DSP的GPIOF0与SZ05的SLEEP端口相连, 其作用是如果不发送数据可以将SZ05模块变换睡眠模式, 达到低功耗的目的, DSP的GPIOF1与SZ05模块的RESET相连, 用作重启控制口。

3、系统软件件设计

首先系统初始化, 完毕后进入到低功耗模式中, 系统分为两种运行模式, 一种是发生5S定时中断, 系统从低功耗模式中被唤醒, 开始采集光伏发电输出的电能, DSP利用FFT算法对采集的数据进行分析, 并判断其峰峰值、有效值、频率等参数是否符合规定, 如果符合则会再次进入低功耗模式中, 直到下一个5S定时中断发生, 再重复此过程, 如果参数不符合规定, 则会触发报警电路, 并将报警信息通过Zig Bee无线模块发送给监测中心;另一种运行模式是发生串口接收中断, 即监测中心通过Zig Bee模块发送控制指令给监测系统, 此时系统会从低功耗模式中被唤醒, 并执行相关的操作, 包括修改系统参数, 采集光伏发电数据等, 采集结束后, 系统会将采集的数据通过无线模块发送给监测中心, 然后进入么低功耗模式中, 至此程序运行结束。

4、结语

本文设计出了一种基于DSP与Zig Bee的光伏发电监测报警系统。本系统采用DSPTMS320F28335高速处理器, 可以快速分析电能参数, 采用的Zig Bee无线模块组网灵活, 能够将多个监测站点的光伏发电情况及时传输给监测中心。

摘要：针对目前光伏发电监测报警系统缺少数据无线传输功能, 设计出一种基于DSP和ZigBee无线模块的光伏发电监测报警系统。分析了系统的整体原理, 给出了软硬件设计方案。实验结果验证了光伏发电监测系统的可行性。

关键词：光伏发电监测报警系统,ZigBee,DSPTMS320F28335,无线通信

参考文献

[1]程若发, 董华.基于DSP光伏发电监控系统设计与实现[J].制造业自动化, 2010, 32 (12) :101-102.

发电厂通信设计 篇4

2011年6月8日, 吉林白山发电厂智能办组织集控中心行政交换机相关技术专题培训, 该厂集控中心行政交换机将采用先进的软交换+GPON技术。软交换+GPON的联合应用是近几年新兴事物, 技术先进, 应用前景广阔。和传统交换相比较, 软交换能够通过一条光纤直接到用户桌面, 可实现语音电话、可视电话、TV视频、网络连接等功能, 具有通信带宽高, 传输能力强, 业务承载能力大, 后续拓展方便等优点。软交换仅用一根光纤布线, 没有传统交换方式的大量常规电路布线, 具有体积小, 接头数量少, 系统结构简单, 故障率低, 运行可靠性高的优点。吉林集控中心办公区楼正在建设, 在办公楼建设阶段采用软交换技术, 可以随办公楼施工同步敷设光纤线路, 安装调试设备, 具有施工方便, 节约投资等优点, 简单易行。

白山厂集控中心通信系统建设作为该厂智能化改造项目, 行政交换机采用软交换的方案, 技术先进, 综合业务能力强, 能够为智能化水电厂建设提供有力的支撑和保障。

通信备用发电机的维护与保养 篇5

1 柴油机维护中发生的两起故障及排除方法

1.1 冷却水温度偏高

故障现象:一次值班人员在启动柴油机时,发现柴油机开机启动数分钟后,水箱温度急剧升高,发动机立即停止运行。检查发现节温器不能张开,导致冷却水水温变化时不能改变冷却水的循环路径,控制进入散热水箱冷却水的流量,失去了调节冷却强度的功能。

可能原因:不合要求的冷却液使冷却水管道积有水垢、铁锈之类等物,阻碍了冷却水的循环引起水温升高。

调查处理:通过安装柴油机的技术人员了解到,水箱中的冷却水使用的是银川本地的自来水,该自来水不符合标准。按照要求冷却液至少要用合格的自来水,最好能用蒸馏水、去离子水或纯水。

故障排除:对水箱进行了循环清洗,更换冷却液,再没发生过此类现象。

从这此故障可以看出,为了确保发电机正常工作,必须遵照柴油机组说明书中各项规定严格执行,必须使用质量合格的燃油(柴、汽油)、机油,不同标号的机油不允许混合使用,水箱中要用合格的冷却液,绝对不能用自来水代替冷却液。

另外冷却水箱散热器表面不清洁也能引起冷却水温偏高的现象。灰尘大的环境易堵塞散热器表面,在机组运行时有杂物被冷却风扇吸至水箱处挡住通风也容易使散热不良。可见保持油机室内的环境清洁很重要。

1.2 发动机无法启动

故障现象:值班人员发现启动油机后发动机转动几下就游离出来。

可能原因:启动电池电压过低或电量不够,电池达不到额定电压,无法保障发动机正常工作。

故障处理:工作人员经检查发现蓄电池电压未达到额定电压,对蓄电池立即充电,充电完成后,启动正常。

结论:对柴油机组的启动蓄电池的电压务必按照规定每天坚持检查,电量不足时要及时充电。对蓄电池的充电回路做到每周检查。另外,在油机停机期间,要确保蓄电池处于饱和状态,在停机期间,断开电池负极与发动机的连接,防止因电池放电造成电量流失而导致紧急工作时无法启动的问题发生。另外,油机室的通风是重要的,必须保证充足的空气流通,以排放发动机、发电机及其附属设备产生的热量、烟雾和废气,并补充燃烧所需空气。

2 油机的日常维护保养

2.1 柴油机的维护

2.1.1 例行维护

柴油机组的例行维护周期分为日、周、半年、年维护,这些规定随机说明书中都有详细要求,维护人员只要遵照执行,就可以确保柴油机组正常运行。

如果机组通常仅空载或轻载试运行,负载在额定负载5% 以上,一年应至少开机4 小时。对于备用柴油机组,每半年应至少模拟市电停电一次,验证机组启起动性能和预期的额定承载能力,检查自动切换开关及备用电源相关配置;一年应进行一次较彻底的保养,包括更换机油、机油滤清器、清洁空气滤清器和柴油滤清器。另外,为了保证电机安全可靠运行,必须对电机进行检修,检修项目有绕阻状况测试及轴承检查。此外,油机在启动前、运行中还必须做相应检查。

2.1.2 启动前检查

(1)机油、冷却水的液位是否符合规定要求;

(2)风冷却机组的进风、排风风道是否畅通;

(3)日用燃油箱里的燃油量是否充足;

(4)启动电池电压是否正常;

(5)开机前清理机组及其附近的物品、杂物。

2.1.3 柴油发电机组的启动和运行检查

柴油发电机组在启动和运行中,运行维护人员要对柴油机组密切监控,定时巡回检查,巡视时可采取听、摸、看、闻的方法,发现异常现象或障碍时,应立即处理。看:机油压力和温度、水温是否符合规定要求;各种仪表、信号灯指示是否正常;气缸工作及排烟是否正常(正常排烟为淡灰色,油温表60℃ ~85℃,水温65℃ ~85℃)。听:油机运转时是否有剧烈振动和异常声响;摸:摸冷却水箱温度是否正常;闻:有无异味。

在此,笔者主要强调以下值得注意的地方。

第一,柴油发电机组启动后不能马上向设备供电,必须经过5至8 分钟运转,使水温、油温达到60℃左右方可进行正常供电,否则容易导致拉缸和汽缸盖产生裂纹或导致发电机停机保护。

第二,当市电恢复供电或试机完后,应切断负荷,空载运行3 至5 分钟,再关闭油门停机。

第三,做好关机、故障停机的检查和记录。当出现油压低、水温高、转速高、电压异常等故障时,应能自动或手动停机。当出现转速过高(飞车)或其他有发生人身事故或设备危险情况时,应立即切断油路和(进)气路紧急停机。在故障或紧急停机后要做好检查和记录,在机组未排除故障和恢复正常时,不得重新开机运行。

第四,做好油机发电试验:定期模拟市电停电,验证机组起动性能和预期的额定承载能力,检查自动切换开关及备用电源相关配置;定期做带载试验,只有做带载试机才能检验油机的工作性能,切实验证发现油机的带载性能如何;在定期检查油机时,发电机的空载试验时间不得超过15 分钟(由于发电机在空载运行时机身温度较低,活塞与气缸壁的配合密封性低,容易出现润滑机油的泄漏,不利于发动机的使用)。

3 结语

发电机只有合理使用,重视日常维护,预防早期磨损,才能延长其使用寿命,让其时刻保持迅速启动和投入的良好备机状态,才能真正做到物尽其用。

摘要：本文从柴油机组的两起故障排除分析入手,就通信备用发电机的维护保养重要性与注意事项做了阐述。

发电厂通信设计 篇6

由于我国的国民生活水平持续提高,手机的普及率越来越高,对于移动信号的覆盖面的要求也越来越广,通信基站的建设从市区、乡村逐步向地处边远的海岛、沙漠覆盖,这些边远的通信基站由于受到地理环境的约束无法接入市电。在我国大部分地区,太阳光照夏季强、冬季弱,而风力夏季小、冬季大;天气好时太阳光照强而风力小,天气不好时太阳光照弱而风力大;白天太阳光照强风力小,而晚上风力大没有太阳光照,所以可利用风能和太阳能两者变化趋势基本相反的自然特性,扬长避短,相互配合,发挥可再生资源的最大效用,这就是风光互补系统[1]。

利用风力发电技术和光伏发电技术构成的风光互补电站,为边远通信基站提供部分或全部电能,从而弥补由于市电无法接入而造成的电力供应不足。基站的通信设备大多数需要直流电源供电,而风光互补电站中,光伏太阳能发电发出的是直流电,可以直接或以串联的方式提供满足这些设备要求的直流电源。对于基站中其他需要交流供电的设备,则可通过风力发电、柴油发电发出的交流电,或通过太阳能发电增加DC/AC逆变器来满足这些设备要求的交流电源。

随着市场竞争的加剧,移动通信用户对网络质量的要求越来越高,由于停电而导致基站退服的现象也必须尽量避免[2]。为保障边远基站的可靠供电,风光互补电站还需要配置较大容量的蓄电池。由于边远基站都是无人值守且地处偏远,所以风光互补发电系统需要配置全自动的协调控制系统和完善的协调控制策略。

1 风光互补发电系统架构

风能和太阳能在发电过程中受到季节、地理和天气气候等多种因素制约。但是,如前所述,风能和太阳能的变化趋势基本相反,扬长避短,相互配合利用,因地制宜,能发挥出最大的作用。鉴于此,很多学者都着手风能、太阳能的综合利用研究。1981年,丹麦的N.E.Busch和K.IIenbach提出太阳能和风能混合利用技术问题;美国C.I.Aspliden研究太阳能风能混合转换系统的气象问题;前苏联的N.Aksarin根据概率原理,统计出近似的太阳能风能潜力估计值;余华扬等在1982年也提出了太阳能风能发电机的能量转换装置[3]。

从能量角度看,整个风光互补发电系统由能量产生、存储、消耗3部分组成。风力发电和太阳能发电部分属于能量产生环节,分别将具有不确定性的风能、太阳能转化为稳定的能源;为了最大限度地避免由于气候、环境等外部因素引起的能量供应与消耗之间的不平衡,采用在系统中接入蓄电池来承担能量的存储环节,从而实现能量供应和需求之间的调节和均衡;能量消耗环节是指各种用电负载,分为直流负载和交流负载2类[4]。工作电压与直流母线电压匹配的直流负载可以直接接入系统,工作电压与直流母线电压不匹配的直流负载通过直流变换器后接入系统;交流负载连入电路时需要配备逆变器。另外,为了增强系统供电的不间断性和稳定性,可以考虑引入后备柴油发电机,后备柴油发电机的选配很大程度上根据当地的风力、日照资源条件确定。风光互补发电系统架构如图1所示。

一套独立运行的风光互补发电系统由太阳能电池阵列、风力发电机、负载、蓄电池和协调控制系统等组成。通信基站的用电负载包括重要通信负载、次要通信负载和交流负载3类[5]。通信负载一般是直流负载,交流负载一般包括通风、空调、照明等。风力发电机和柴油发电机发出的交流电,经AC/DC逆变器整流后变成直流电接入直流母线,光伏发电发出的直流电通过DC/DC逆变器转换为相应电压等级的直流电后也接入直流母线,在协调控制系统的控制下,直流母线通过DC/DC逆变器对蓄电池进行充电。

协调控制系统的功能包括控制风力发电机、柴油发电机和太阳能光伏发电对蓄电池的充电管理,实现对蓄电池向负载的放电管理、光伏互补发电系统运行时的数据采集功能以及与远方监控中心的通信功能。

2 风光互补发电协调控制系统的结构

风光互补发电协调控制系统的关键环节是根据气候和季节因素以及负载的变化实时对蓄电池组的运行方式进行控制和协调,在光照强或风力大时,风光互补发电量充足,此时除去供给负载所需电量外,将剩余的电能存入蓄电池组中;当光照弱且风力小、发电量不足时,由蓄电池组将存储的电能提供给所需负载,从而保证通信基站可靠和稳定地运行。浮充运行是大部分蓄电池所采用的运行方式,而对于随机性强且稳定性不足的太阳能和风能发电方式,加上用电负载也有不断变化的情况下,蓄电池很难有规律地进行充放电。如果不能合理地控制蓄电池的充放电过程,极易造成蓄电池的损坏,严重的将导致通信基站供电系统的瘫痪[6]。针对这一情况,设计了一种针对风光互补发电的协调控制系统。风光互补协调控制系统结构如图2所示。

风光互补发电协调控制系统由主控制器和各种就地终端组成,主控制器和就地终端采用工业以太网进行通信连接,主控制器和远方监控中心通过GPRS或CDMA进行无线通信连接。

主控制器作为该系统的主站,采用PC机或嵌入式PC作为硬件基础。对下层终端设备通常采用标准的以太网网卡(Network Interface Card,NIC)作为主站硬件接口,对上层远方监控中心则采用GPRS或CDMA通信模块作为通信接口。主控制器功能主要通过软件实现,软件部分包括基础程序和应用程序2部分。基础程序主要完成初始化、拓扑结构辨识、参数设置、数据显示与存储等基本功能;应用程序主要针对风光互补系统的运行状况做出决策,并把决策后的调节控制命令通过工业以太网发给各就地终端。

就地终端作为风光互补协调控制系统的从站,硬件主要由工业以太网芯片、应用层CPU芯片等组成。工业以太网芯片主要实现与工业以太网的数据交换,应用层CPU芯片主要实现AD采样、数据计算与处理、输入信号处理、控制出口处理等功能。根据所接对象的不同,可分为光伏发电终端、风力发电终端、柴油发电终端、蓄电池终端、重要通信负载终端、次要通信负载终端、交流负载终端、环境监测终端。

3 风光互补发电协调控制策略

风光互补发电系统作为边远通信基站的独立供电系统,需要提供不间断的电力能源,因此对于蓄电池的依赖很强,蓄电池是保证风光互补发电系统稳定和持续运行的关键部件。由于风光发电的随机性、波动性特点,如果不对蓄电池的充放电进行有效管理,可能导致蓄电池过充电或过放电等现象,直接影响蓄电池的循环使用寿命[7],增加风光互补发电系统运行维护成本,降低系统运行可靠性。所以,保证蓄电池充放电过程的正常,即对蓄电池的充放电进行有效的控制,就显得尤为关键;同时,蓄电池的初期投资在风光互补发电系统中也占很大一部分,约15%~20%,而蓄电池由于自身特点和充放电特性,是整个系统中最易损坏的部分[8]。基于这些原因,使得风光互补发电系统的协调控制策略需要围绕蓄电池的有效充放电和正常运行而开展。

因此,在风光互补系统的协调控制策略中,对蓄电池的管理为一个重要部分,所以文章结合蓄电池的管理设计了风光互补发电系统协调控制策略。风光互补发电系统协调控制策略如图3所示。

图3中,PPV是光伏输出功率,PWT是风机输出功率,PDE是柴油机输出功率,PL是总负载,Pnet是总负荷与总电源的差值,SOC(State Of Charge)是指蓄电池的荷电状态:

SOC=蓄电池剩余的安时容量/额定安时容量(1)

SOCt是当前蓄电池的荷电状态,SOCt+1是下一时刻蓄电池的荷电状态,SOCmin是蓄电池的荷电状态下限,SOCmax是蓄电池的荷电状态上限,蓄电池必须时刻满足存储容量约束条件,即:

当风光功率满足负荷及剩余功率时,对蓄电池充电;当风光功率不足时,首先由蓄电池放电供给负荷,这样,在满足负荷需求的情况下利用储能装置将多余的电能存储起来,而在风速较低或光照强度较弱时再通过储能装置放电供给负荷,从而提高可再生能源利用效率,同时,由于每次决策前都对蓄电池荷电状态进行检测,防止对蓄电池过充电或过放电,实现了对蓄电池的有效管理。

4 结语

在文章所述的风光互补供电的协调控制系统中,采用了分布式结构,主控制器和各终端之间采用工业以太网进行连接,可以实现大量数据的快速传送;采用通信基站本身具有的GPRS或CDMA无线通信方式与远方监控中心实现信息的交互,可以避免由于边远基站地处海岛、荒漠等地理环境限制而无法进行有线通信,或由于长距离的通信线连接可能导致的信号干扰等问题;同时,管理员也可以通过手机短信或彩信的方式查看协调控制系统的实时运行状态。协调控制策略围绕蓄电池的有效充放电和正常运行开展,既保障了通信基站的可靠供电,又延长了蓄电池的使用寿命。风光互补供电不仅可为海岛、沙漠和高原地区的通信基站电源供电,也可以为这些地区的小型家庭用户、野外工作站、渔户进行供电,因此风光互补的协调控制系统具有很好的借鉴和推广价值。

摘要：文章根据边远地区通信基站的供电特点,结合风光互补发电技术,提出一套适用于边远通信基站的风光互补发电协调控制系统方案。该方案介绍了风光互补发电协调控制系统的组成结构,以及围绕蓄电池的有效充放电和正常运行而开展的协调控制策略。该协调控制系统在保障边远通信基站安全、高效地利用风光互补发电的同时,也为边远地区各类无法接入市电的电力用户合理利用风光互补发电提供了借鉴。

关键词：风光互补发电,边远,通信基站,协调控制

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发电厂通信设计 篇7

大唐太原第二热电厂1956年开工建设, 1958年6月14日, 第一台机组投产发电。大唐太原第二热电厂几代人近60年呕心沥血的艰苦创业, 历经七期建设, 截至2015年5月, 总装机容量1 860 MW。随着装机容量的增大, 电力生产自动化水平的提高, 通信系统也在不断发展进步。作为通信设备动力来源的通信电源, 必须安全、可靠、稳定运行, 这样才能保证通信设备的供电要求, 为电力生产提供高效稳定的信息传输。因此, 建设安全、稳定、合理、可靠的通信电源系统, 不断进行完善, 精心维护设备是通信人员最基本、最重要的责任。

通信电源的组成及基本要求

1.组成

通信主机设备可概括地分为交流供电的通信设备和直流供电的通信设备两大类, 通信电源也有交流不间断供电、直流不间断供电两大系统, 两个系统的不间断供电, 是靠蓄电池储备的能源来保证的。交流不间断供电系统包括由交流整流为直流, 再由直流逆变为交流两个环节的转变, 这将影响系统的效率及可靠性, 并且交流不间断系统技术相对复杂, 这是通信设备及供电电源以直流不间断供电为主的原因。

2.基本要求

(1) 供电可靠性

电源系统安全可靠运行是确保通信系统正常工作的首要条件, 这就要求, 通信电源系统在部分设备发生故障时仍能保证供电不中断。交流供电应采用交流不间断系统, 直流应采用整流器与电池并联浮充供电方式, 还必须提高各种通信电源设备的可靠性。通信电源的可靠性一般用不可用度指标来衡量, 是指因电源系统故障引起的由该电源系统供电的通信系统全部阻断的时间与阻断时间和正常供电时间之和的比。

(2) 供电质量

(1) 交流电源质量

交流电源的电压和频率是标志电能质量的两个重要指标。通信设备电源输入端子处电压允许变动范围为-10%~+5%, 频率允许变动范围为-4%~+4%。电压波形畸变率小于5%。其它指标符合有关规定。

(2) 直流电源质量

目前通信设备需用的直流基础电源趋于简化为-48 V一种, 通信电源的电压和杂音是标志电能质量的两个重要指标。通信机房每个机架直流电源输入端子处的电压为-48 V, 电源电压变动范围为-57 V~-40 V, 电话衡重杂音应小于2 MV。

太原第二热电厂通信电源系统演变

(1) 1993年四期扩建前, 通信电源系统比较松散, 行政交换机的工作电压为60 V, 由两台整流器作主、备工作电源;生产调度交换机工作电压为48 V、24 V、6 V等, 由数台不同电压等级的整流器作为主备工作电源通过自动控制装置给设备供电;两路交流来电与一路逆变器输出备用电源, 三路流电源经自动控制装置, 输出一路作为上述整流器设备的交流输入。正常工作时, 选两路交流中的一路作为交流输入, 当两路交流都失去时, 带重合闸的逆变器启动, 输出的交流供上述电源设备工作, 逆变器的直流输入是厂用直流系统。存在的最大问题是, 通信系统没有专用的蓄电池, 逆变器的工作受厂直流系统运行状态的影响。见图1。

(2) 1993年四期扩建时, 通信电源设备全部更新。主要通信电源设备是邮电部武汉通信电源厂生产 (包括DZY0248/200整流器2台、DPJN-380/100交流屏、DPZ08-48/200直流屏) , 逆变器是江苏靖江变流设备厂生产的GNQIC设备, 蓄电池是重庆蓄电池总厂生产的GF500固定式铅酸蓄电池, 由这些电源设备组成通信设备供电系统。系统由两路不同来源的交流, 自动或人工选择一路作为工作电源。存在的问题是:虽然设置了两套整流器, 两路交流输入, 但是设备的交流输入是两路自动切换后的一路, 如果切换装置发生问题, 两套整流器都不能工作。直流屏只有一段, 存在上述类似问题。见图2。

在设备的日常维护中, 可控硅整流器的控制特别繁琐、复杂, 各项参数的调整大量使用电位器, 接触不良, 调整不连续, 增加了设备隐患, 后期有的器件老化, 工作不可靠, 电路板修理频繁, 备品备件比较困难;截止到2000年, 蓄电池运行7年, 容量、性能下降。综合系统和设备存在的问题, 我们向厂部申请对通信电源进行全面技术改造, 厂部向山西省电力公司提出技改申请。

(3) 2002年, 山西省电力公司批准了通信电源技术改造申请。我厂将整流器更换为保定中汇电气公司组屏高频开关整流设备, 蓄电池更换为番禺恒达蓄电池厂生产的阀控铅酸蓄电池, 以适应电源技术的发展趋势。在通信电源系统的方式制定上, 一般的高频开关电源是模块化结构, 采用一套电源系统、电源模块冗余配置达到通信电源的安全可靠是普遍的做法。根据设备维护中出现的问题并综合各方面的因素, 我们配置两套直流电源系统、双段母线方式, 两套系统之间加母联开关, 两组蓄电池分别浮充在不同的母线上, 每套电源两路交流输入, 二者自动切换, 克服两路电源切换后供给两台整流器, 切换装置发生问题, 两套设备都受影响的弊病, 双段母线方式, 便于直流屏的检修和维护。

系统投入运行一段时间后, 有些方面仍需要改进:

a.两路交流电源没有设置分配柜, 两台整流柜、一台配电柜的两路电源输入线在配电柜后的端子上复接, 检修维护很不方便也不安全。

b.机械仪表量程偏大, 不适合使用, 精度不高。

c.告警电路工作电源为交流电源, 交流断电后, 电路不能工作, 起不到应有的作用。

d.逆变器无直流输入时, 无交流输出;设备接地线接地后不能正常切换。

e.交流来电部分导体裸露, 存在安全隐患;其它裸露部分同时需要处理。

f.交流配电屏上没有三相电源输出。

g.监控器测量的负载电流、蓄电池电流、整流器电流三者之间的数量关系不对, 不符合整流器输出电流=负载电流+蓄电池电流。

我厂对电源系统上述问题逐一进行解决。新配备一台交流分配柜, 完成将两路交流来电分配到每个需要380 V电源的设备上, 每个屏上都有两路自动切换装置, 这样切换电路出现故障, 只影响一个屏的工作, 安全、可靠性大大提高;把屏上的指示仪表全部更换为数字仪表;把告警装置的工作电源改为直流电源;逆变器问题请厂家解决;其它问题也一一处理。监控器电流指示问题, 我们经分析后检查了取样信号线路, 结果准确无误, 最后认定是监控器故障。

高频开关电源模块是澳大利亚生产的, 由于生产厂家退出中国市场, 电源模块损坏后, 一直得不到解决, 监控器的损坏, 导致开关电源模块、监控器必须更换。我厂对通信电源又一次进行了改造。

(4) 2007年, 我们利用部分电源系统设备及屏体, 选择爱默生公司的模块、监控器, 对澳大利亚的产品进行更换, 重新制作模块支架及各种连接导线, 对设备进行技术改造。

(5) 在设备运行期间, 由于通讯楼拆除, 整个通讯设备搬迁至综合楼, 两路通信交流电源的源点发生变化, 两路都取自综合楼箱变, 其中有一路从0#生活变来, 电源的等级、维护及故障响应时间都达不到要求, 实际运行中, 存在来电故障、检修频繁及故障响应速度慢。向有关领导反映后, 厂部批准从厂保安段引一路专用电源至通信电源设备。最终电源系统方式见图3。

(6) 工作原理

(1) 两路交流来电进入交流分配屏后, 分别供给交流负荷及逆变器屏、#1充电屏、#2充电屏。

(2) 两路交流来电进入交流配电屏 (逆变器屏) 后, 经过避雷器和自动切换后, 其中A相和直流48 V输入逆变器, 逆变器输出10路单相交流不间断电源;B相和C相输出10路单相交流普通电源。

(3) 两路交流来电进入#1充电屏, 经过自动切换整流后, 和#1蓄电池并联接至直流Ⅰ段母线。两路交流来电进入#2充电屏, 经过自动切换整流后, 和#2蓄电池并联接至直流Ⅱ段母线。两段母线各输出10路, 系统所有的直流负荷 (除蓄电池外) 基本都接在直流负荷屏上。Ⅰ段母线和Ⅱ段母线之间设母联开关, 当设备检修或故障时使用。

结论

通信电源系统是整个通信系统的核心, 是通信系统安全稳定运行的基础。掌握通信电源系统的工作原理、运行规律, 总结通信电源运行维护中的经验, 汲取教训, 是通信设备维护人员的必修课。

参考文献

[1]王家庆.智能高频开关电源系统的原理使用与维护[M].北京:人民邮电出版社.

[2]侯振义, 夏峥.通信电源站原理及设计[M].北京:人民邮电出版社.