动态提高输电线路容量在线监测系统 ——数据采集终端电源系统的设计与实现

论文摘要

当今我国电网的输电能力受到较多限制,超高压输电线路利用率和输电容量偏低,输电瓶颈并未消除,区间供电能力依然不足。实际上,目前对所有的输电线路规定的静态容量都留有很大的裕量,输电线路的负载能力并没有充分利用。如果能充分利用现有输电线路的输送能力,将使输电容量增加20%~70%。理论表明,采用动态提高输电线路输送容量DLR(Dynamic Line Rating)技术能够极大地提升我国电网输送能力,起到少建或缓建输电线路的目的。实验室开发的DLR系统通过对输电线路各种状态量的测量和报告,将数据传输到后台专家系统进行分析与决策,能准确对输电线路进行动态增容。本文主要研究了DLR系统中数据采集终端电源系统的设计与实现。论文前两部分介绍了目前动态提高输电线路容量技术国内外发展状况,阐述了线路动态增容的原理,提出了测量张力、温度、风速和风向等参数来计算线路温度、弧垂和载流量,并详细列出了计算公式和计算过程。其中基于张力测量导线的温度为国内首创,同时对DLR系统的各个重要组成部分如数据采集终端、电源系统、通信平台和监测管理平台分别进行了介绍。论文的第三部分详细说明了太阳能光伏电源系统的各部分的特性和功能,以及针对这些特性所采取的一系列设计和实现方法。如针对太阳能光伏阵列的特性提出用太阳能最大功率点跟踪法来实现太阳能始终输出最大功率;针对蓄电池的特性提出用蓄电池分组充放电管理来保证蓄电池的使用寿命;设计和实现了I2C总线上层协议,用来进行太阳能电源系统单片机与数据采集系统终端单片机之间的通讯;根据设备功耗需要与安装地点的气候情况,确定了光伏阵列和蓄电池容量;从硬件和软件上提出了一些抗干扰措施,并应用于系统中,通过电磁兼容EMC(Electro Magnetic Compatibility)测试表明系统有很好的抗干扰性能。第四部分研究了太阳能最大功率点跟踪的实现方法,提出采用扰动观察法来实现最大功率点跟踪,并用实验进行了验证;提出并实现了多电池组协调控制与充放电优化管理策略;其中将蓄电池分组进行充放电管理是本电源系统的特色和创新。实际运行结果表明,采用扰动观察法很好的实现了太阳能最大功率点跟踪,提高了蓄电池的充电效率;多电池组的充放电管理,有利于提高蓄电池的使用效率和延长蓄电池的使用寿命。最后对研究和开发DLR系统的工作进行了总结,提出了一些仍需要改进的地方。通过与实验室其他同学的配合,DLR系统各功能顺利实现,即将在南方电网公司挂网运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 意义
• 1.2 国内外DLR 技术研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 第二章 DLR 系统概述
• 2.1 DLR 的基本原理
• 2.2 输电线路容量的基本算法
• 2.2.1 导线弧垂的计算
• 2.2.2 导线温度的计算
• 2.2.3 导线容量的计算
• 2.3 DLR 系统的整体架构
• 2.3.1 数据采集终端
• 2.3.2 电源
• 2.3.3 通信系统
• 2.3.4 监测管理平台
• 第三章 数据采集终端电源系统的硬件设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 高压线抽取电源方法
• 3.1.2 太阳能光伏发电
• 3.2 本太阳能光伏系统的组成
• 3.2.1 太阳能光伏阵列特性
• 3.2.2 蓄电池的特性及选用
• 3.2.3 充放电控制器
• 2C 上层通信协议设计'>3.3 电源系统I²C 上层通信协议设计
• 2C 总线介绍'>3.3.1 I²C 总线介绍
• 2C 总线基本时序'>3.3.2 I²C 总线基本时序
• 2C 总线上层协议的设计'>3.3.3 I²C 总线上层协议的设计
• 2C 总线软件流程图设计'>3.3.4 I²C 总线软件流程图设计
• 3.4 电源系统蓄电池及光伏阵列容量的确定
• 3.4.1 蓄电池的容量BC 的确定
• 3.4.2 光伏方阵设计
• 3.5 电源系统的抗干扰设计
• 3.5.1 硬件抗干扰
• 3.5.2 软件抗干扰
• 第四章 电源系统锂电池充放电管理的研究
• 4.1 最大功率点跟踪策略（MPPT）
• 4.1.1 实现MPPT 控制的方法
• 4.1.2 扰动观察法实现MPPT 原理
• 4.1.3 MPPT 控制试验
• 4.2 蓄电池分组充放电管理策略
• 4.2.1 蓄电池的分组管理
• 4.2.2 蓄电池的充放电管理
• 4.3 系统运行测试结果
• 第五章 总结与展望
• 5.1 所做工作总结
• 5.2 DLR 技术的发展及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文