一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)的風電場功率控制策略制定模塊包括依次連接的網絡數據接收/發(fā)送模塊、數據解析模塊、數據緩存模塊、數據容錯模塊、有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊，數據容錯模塊的輸出端與實時數據交互模塊的輸入端連接；風電場功率控制策略制定模塊通過網絡數據接收/發(fā)送模塊與風電場電網模擬仿真模塊或實際電網接口模塊進行信息交互。該系統(tǒng)及其對應的方法實時接收風電場運行信息，并根據不同功率控制策略定期發(fā)送風電場機組及無功補償設備功率設定值至場內對應的風電機組和無功補償裝置，最終形成控制閉環(huán)測試風電場有功/無功控制系統(tǒng)的控制性能，提高現場投運成功率。
【專利說明】—種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電技術中風電場控制領域的方法，具體講涉及一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]近年，風電迅猛發(fā)展，并網風電場容量不斷增大，風電場接入電網的電壓等級越來越高，根據國家能源戰(zhàn)略規(guī)劃，至2020年將建成九大千萬千瓦風電基地，如此大容量的風電接入電網將給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來很多新的問題。為了應對這些問題，陸續(xù)頒布了若干指導風電并網及生產運行的技術標準。2012年，國家標準GB/T19963-2012《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》完成修訂并發(fā)布。該標準中對風電場有功、無功控制能力提出了明確要求。其中，在有功控制方面，要求風電場應配置有功功率控制系統(tǒng)，具備有功功率調節(jié)能力；在無功控制方面，要求風電場應配置無功電壓控制系統(tǒng)，具備無功功率調節(jié)及電壓控制能力。
[0003]為減少大規(guī)模風電并網對電力系統(tǒng)的沖擊，使風電場滿足日益嚴格的電力系統(tǒng)并網技術導則，設計符合并網規(guī)定的風電場功率控制系統(tǒng)顯得尤為重要。風電場有功/無功控制系統(tǒng)可分為風電場功率整定層和風電機組及無功補償裝置功率執(zhí)行層兩個層面。風電場功率整定層主要是根據調度的指令和風電場并網點的各采集信號，調節(jié)風電場的無功補償設備(包括SVC/STATC0M/固定可投切電容、電抗)及風電機組本身的控制系統(tǒng)，使得整個風電場在滿足并網條件的前提下實現整體優(yōu)化控制；而功率執(zhí)行層面主要接受場級控制系統(tǒng)的指令，調節(jié)風電機組及無功補償裝置的功率輸出。風電場控制系統(tǒng)按控制目標的不同分為有功頻率控制系統(tǒng)和無功電壓控制系統(tǒng)兩種。有功頻率控制系統(tǒng)主要控制風電場和風電機組完成上一級設定的有功指令，同時在必要情況下參與系統(tǒng)頻率調整；而無功電壓控制系統(tǒng)則根據系統(tǒng)運行要求控制風電場功率因數恒定，或者控制風電場出口母線或遠程負荷節(jié)點電壓為恒定值，或者控制風電場并網點無功功率滿足電網調度部門控制指令。
[0004]當前，關于風電場的功率控制還處于起步階段，現場投運的功率控制系統(tǒng)多采用功率平均分配策略，一定程度降低了功率控制精度。為充分發(fā)揮風電場參與電力系統(tǒng)調節(jié)的能力，各國學者紛紛提出了各種風電場有功/無功改進策略，其中，風電場有功控制策略有:基于預測分組的平均控制策略、基于饋線潮流分配控制策略、基于有功負荷分配策略等，風電場無功控制策略有:基于靈敏度動態(tài)無功分配策略、基于無功容量比例分配策略。然而，目前尚未有成熟實現風電場有功/無功綜合控制的準實時閉環(huán)測試系統(tǒng)，能夠在風電場有功/無功控制系統(tǒng)現場投運前對其控制策略的正確性和合理性實施驗證，這將在一定程度上增加控制系統(tǒng)投運失敗的概率，也為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來隱患。
[0005]因此，提供一種通用的風電場功率控制策略測試系統(tǒng)及方法尤為重要。
【發(fā)明內容】
[0006]為克服上述現有技術的不足，本發(fā)明提供一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及其對應的方法實時接收風電場運行信息，并根據不同功率控制策略定期發(fā)送風電場機組及無功補償設備功率設定值至場內對應的風電機組和無功補償裝置，最終形成控制閉環(huán)測試風電場有功/無功控制系統(tǒng)的控制性能，提高現場投運成功率。
[0007]實現上述目的所采用的解決方案為:
[0008]—種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng),其改進之處在于:所述系統(tǒng)包括相連的風電場功率控制策略制定模塊和風電場電網模擬仿真模塊；
[0009]所述風電場功率控制策略制定模塊的網絡數據接收/發(fā)送模塊、數據解析模塊、數據緩存模塊、數據容錯模塊、有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊依次連接，所述數據容錯模塊的輸出端與所述實時數據交互模塊的輸入端連接；
[0010]所述風電場功率控制策略制定模塊通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊與所述風電場電網模擬仿真模塊或實際電網接口模塊進行信息交互。
[0011]進一步的，所述風電場電網模擬仿真模塊建立風電場與實際電網的仿真模型，通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊與所述有功/無功控制模塊進行信息交互，實現風電場功率控制系統(tǒng)的準確實時動態(tài)仿真。
[0012]進一步的，所述網絡數據發(fā)送/接收模塊，用于從所述風電場電網模擬仿真模型或實際電網接口模塊接收風電場有功無功控制模塊所需的報文數據，并向所述風電場電網模擬仿真模型發(fā)送控制指令。
[0013]進一步的，所述數據解析模塊獲取所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送的報文數據，解析所述報文數據；
[0014]所述數據解析模塊按照通信協議還原所述報文數據，根據通信協議規(guī)定將網絡發(fā)送/接收模塊接收的信息幀解析成實測數據。
[0015]進一步的，所述數據緩存模塊獲取并存儲所述數據解析模塊的實測數據。
[0016]進一步的，所述實時數據容錯模塊運用加權滑動平均方法處理所述數據緩存模塊中的實測數據，實現數據糾錯及數據合理性分析。
[0017]進一步的，所述風電場有功/無功控制模塊，用于根據電網調度指令和風電場運行情況制定風電場有功控制方案，根據電網調度指令和風電場運行情況指定風電場無功控制方案；
[0018]將所述風電場有功控制指令及風電場無功控制指令通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送至所述風電場電網模擬仿真模塊。
[0019]進一步的，所述實時數據交互模塊根據所述數據容錯模塊實時獲取風電場的并網點和風電機組運行信息，及根據所述有功/無功控制模塊獲得風電場功率控制參數；
[0020]所述實時數據交互模塊用于定期刷新顯示風電場并網點、各風電機組實時運行信息及實時控制指令值，及設置風電場功率控制參數。
[0021]一種應用于所述風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)的方法，其改進之處在于:所述方法包括:
[0022]風電場電網模擬仿真模塊建立風電場與實際電網的仿真模型；網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送/接收風電場有功無功控制系統(tǒng)所需數據；數據解析模塊解析從所述網絡數據接收/發(fā)送模塊接收的數據；將所述數據存儲于數據緩存模塊；數據容錯模塊根據運用加權滑動方法處理數據，并將所述處理數據發(fā)送至有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊；所述有功/無功控制模塊根據所述處理數據制定有功控制方案和無功控制方案，將控制參數發(fā)送至所述實時數據交互模塊，及將所述風電場有功控制指令及風電場無功控制指令通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送至所述風電場電網模擬仿真模塊；所述實時數據交互模塊定期刷新顯示風電場并網點及風電機組實時運行信息、實時控制指令值，設置風電場功率控制參數。
[0023]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，提供網絡接口可與風電場電網模擬仿真模塊或直接與風電場實際通信控制單元連接實現數據交互，網絡通信可為標準通信協議或者各種自定義協議，獲取準確實時的運行數據，從而提高了功率控制精度，增加控制系統(tǒng)投運成功的概率，減小電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來隱患，大大提高了運行效率及運行安全。
[0025](2)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，與風電場電網模擬仿真模塊或與風電場實際通信控制單元直接通向，具備極高通用性，可實現各種風電場有功/無功控制策略，通過網絡獲取風電場并網點及風電場內各風電機組運行數據，實現風電場有功/無功控制策略的閉環(huán)測試。
[0026](3)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，具備數據容錯模塊，采用加權滑動平均方法實現采樣數據糾錯及數據合理性分析，減少風電場有功/無功控制偏差，提高控制精度，從而提高了功率控制精度，提高運行效率及安全度。
[0027](4)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，具備可擴展性，不僅用于風電場有功/無功控制系統(tǒng)測試，還能擴展至包括光伏電站等其它類型新能源發(fā)電基地及大規(guī)模新能源集群的有功/無功控制系統(tǒng)測試，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
[0028](5)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，根據可模擬接近于實際風電場與電網的系統(tǒng)或實際運行電網進行有功/無功控制策略的制定，在進行模擬測試時，無需增加硬件負擔，
工作效率高。
[0029](6)本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)及方法，其網絡發(fā)送/接收模塊采用以太網連接實現風電場電網模擬仿真模塊實時數據交互，網絡通信協議可為標準協議如Modbus, IEC60870-5-104等，也可為用戶自定義協議，使用靈活，普遍性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)結構圖；
[0031]圖2為風電場有功控制的系統(tǒng)結構圖；
[0032]圖3為風電場無功控制的系統(tǒng)結構圖；
[0033]圖4為風電場有功/無功控制的信號定義流程圖；
[0034]圖5為某測試用風電場電氣接線圖；
[0035]圖6為風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)實現的風電場有功控制的并網點有功功率曲線測試結果；
[0036]圖7為風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)實現的風電場無功控制的并網點無功功率曲線測試結果。
【具體實施方式】[0037]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0038]如圖1所示，圖1為風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)結構圖。風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)包括風電場功率控制策略制定模塊和風電場電網模擬仿真模塊；風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)包括絡數據接收/發(fā)送模塊、網絡數據解析模塊、數據容錯模塊、風電場有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊。
[0039]風電場功率控制策略制定模塊的網絡數據接收/發(fā)送模塊和風電場電網模擬仿真模塊或實際電網接口模塊連接。網絡數據接收/發(fā)送模塊與數據解析模塊連接，數據解析模塊解析接收的報文數據，將數據存儲于數據緩存模塊，數據容錯模塊獲取數據緩存中的數據，對其進行處理，將處理后的數據發(fā)送給風電場有功/無功控制模塊；風電場有功/無功控制模塊和數據容錯模塊分別連接實時數據交互模塊。
[0040]網絡數據發(fā)送/接收模塊，用于接收風電場有功/無功控制系統(tǒng)所需數據，發(fā)送有功/無功控制模塊計算的控制指令。網絡發(fā)送/接收模塊采用以太網連接實現風電場電網模擬仿真模塊實時數據交互。網絡通信協議可為標準協議如Modbus，IEC60870-5-104等，也可為用戶自定義協議。
[0041]網絡數據發(fā)送/接收模塊接收的風電場有功/無功控制系統(tǒng)所需數據主要包括:風電場并網點有功功率、無功功率、電壓、功率因數和場內各風電機組運行狀態(tài)、機端電壓、有功功率、無功功率、功率因數、風速等。
[0042]網絡數據解析模塊，用于網絡傳輸報文數據解析。網絡數據解析模塊按照通信協議實現網絡傳輸報文數據還原，網絡數據解析模塊根據通信協議規(guī)定將網絡發(fā)送/接收模塊接收的信息幀解析成實測數據。
[0043]數據容錯模塊，用于采樣數據糾錯及數據合理性分析。實時數據容錯模塊利用加權滑動平均方法處理實測數據，實現數據糾錯及數據合理性分析。該方法的實現包括以下步驟:
[0044]設置了一個數據隊列用于存放最近接收的η個數據，η可根據實際情況設置。預先設定各電氣量的權值區(qū)間及權重，從數據隊列的最新數據依次向前累加各數據權值，權值總和超過設定值則進行數據計算，即:
[0045]
【權利要求】
1.一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括相連的風電場功率控制策略制定模塊和風電場電網模擬仿真模塊； 所述風電場功率控制策略制定模塊的網絡數據接收/發(fā)送模塊、數據解析模塊、數據緩存模塊、數據容錯模塊、有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊依次連接，所述數據容錯模塊的輸出端與所述實時數據交互模塊的輸入端連接； 所述風電場功率控制策略制定模塊通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊與所述風電場電網模擬仿真模塊或實際電網接口模塊進行信息交互。
2.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風電場電網模擬仿真模塊建立風電場與實際電網的仿真模型，通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊與所述有功/無功控制模塊進行信息交互，實現風電場功率控制系統(tǒng)的準確實時動態(tài)仿真。
3.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述網絡數據發(fā)送/接收模塊，用于從所述風電場電網模擬仿真模型或實際電網接口模塊接收風電場有功無功控制模塊所需的報文數據，并向所述風電場電網模擬仿真模型發(fā)送控制指令。
4.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述數據解析模塊獲取所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送的報文數據，解析所述報文數據； 所述數據解析模塊按照通信協議還原所述報文數據，根據通信協議規(guī)定將網絡發(fā)送/接收模塊接收的信息幀解析成實測數據。
5.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述數據緩存模塊獲取并存儲所述數據解析模塊的實測數據。
6.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述實時數據容錯模塊運用加權滑動平均方法處理所述數據緩存模塊中的實測數據，實現數據糾錯及數據合理性分析。
7.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風電場有功/無功控制模塊，用于根據電網調度指令和風電場運行情況制定風電場有功控制方案，根據電網調度指令和風電場運行情況指定風電場無功控制方案； 將所述風電場有功控制指令及風電場無功控制指令通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送至所述風電場電網模擬仿真模塊。
8.如權利要求1所述的一種風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)，其特征在于:所述實時數據交互模塊根據所述數據容錯模塊實時獲取風電場的并網點和風電機組運行信息，及根據所述有功/無功控制模塊獲得風電場功率控制參數； 所述實時數據交互模塊用于定期刷新顯示風電場并網點、各風電機組實時運行信息及實時控制指令值，及設置風電場功率控制參數。
9.一種應用于所述風電場功率控制策略的測試系統(tǒng)的方法，其特征在于:所述方法包括: 風電場電網模擬仿真模塊建立風電場與實際電網的仿真模型；網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送/接收風電場有功無功控制系統(tǒng)所需數據；數據解析模塊解析從所述網絡數據接收/發(fā)送模塊接收的數據；將所述數據存儲于數據緩存模塊；數據容錯模塊根據運用加權滑動方法處理數據，并將所述處理數據發(fā)送至有功/無功控制模塊和實時數據交互模塊；所述有功/無功控制模塊根據所述處理數據制定有功控制方案和無功控制方案，將控制參數發(fā)送至所述實時數據交互模塊，及將所述風電場有功控制指令及風電場無功控制指令通過所述網絡數據接收/發(fā)送模塊發(fā)送至所述風電場電網模擬仿真模塊；所述實時數據交互模塊定期刷新顯示風電場并網點及風電機組實時運行信息、實時控制指令值，設置風電場功率控制參數。`
【文檔編號】G05B23/02GK103605360SQ201310637065
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】錢敏慧, 姜達軍, 陳寧, 趙大偉, 朱凌志, 張磊, 施濤, 羅芳, 曲立楠, 王湘艷, 韓華玲, 葛路明, 趙亮 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 江蘇省電力公司