CN102427244A - 大规模光伏风电信息接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大规模光伏风电信息接入系统，其包括主站，所述主站连接若干个子站，所述子站连接若干个光伏风电发电场站，其特征在于：所述主站内设置有省调主站系统，所述省调主站系统负责所有所述光伏风电发电场站的AGC控制策略，AVC控制策略和风光功率预测；所述子站内均设置有光伏/风力发电子站系统；所述光伏风电发电场站均设置有光伏/风力发电场站监控系统。本发明可以实现风电、光伏的多源、多时间尺度预测，实现风电、光伏的有功闭环控制和无功闭环控制。其既规范了风电光伏发电的发展，又提高了电网对风电光伏发电的接纳能力。其对促进风电光伏发电与电网的协调发展具有非常重要的实践意义，在全国范围具有典型示范意义。

Description

大规模光伏风电信息接入系统

技术领域

    本发明属于电力技术领域，尤其涉及电力系统并网光伏电站处理系统。

背景技术

绿色能源发电技术是指利用太阳能、风能等可再生能源进行发电的技术。其中，太阳能光伏发电是利用太阳能电池的光伏效应原理将太阳辐射能直接转换为电能的一种发电形式。风能发电则是利用风力发电机将风能转换成电能。在全球能源紧张和环境恶化的压力下，绿色能源发电技术受到世界各国的重视，光伏发电产业和风力发电产业都得到快速发展。然而截至2008年底，我国光伏发电累计装机容量只有140MW，并网光伏发电所占比例不足20%。随着2009年建筑光伏补贴政策和“金太阳”工程的实施，极大地推动了我国光伏发电的进程，特别是在太阳能资源丰富的宁夏、青海等地。

影响光伏发电和风力发电大规模应用的关键难点在于，大规模的光伏发电和风力发电接入必然会对电网的安全稳定带来较大影响，其主要表现为：

1）调峰问题，大规模光伏发电和风力发电接入电网后，在天气好的情况下，如果中午光伏风电同时大发，将会导致电网的调峰面临严峻的考验；

2）电网稳定问题，在电网发生大扰动时，电网内的光伏电站和风电场由于不具备低电压穿越能力，容易退出运行从而对电网带来二次冲击，影响电网的暂态稳定性；

3）运行的经济性问题，为保证电网安全稳定运行，电网通常留有部分旋转备用容量，由于光伏发电出力具有随机波动性，为保证向用户正常供电，电网需要根据光伏电站的上网电力不断调整旋转备用容量，光伏发电上网越多，相应为其准备的选择备用容量也越多，若电网以火电为主，随着火电出力的降低，火电机组的运行经济性也在不断降低，另外，还需要增加频率和联络线潮流控制、电压控制和无功支撑、系统有功和无功备用及其它安全控制措施等电网运行的辅助费用。

结合光伏发电和风力发电的特点，可以发现导致出现上述问题的原因之一是光伏发电和风力发电等新能源的可预测性和可控性差。如果可以准确、及时地预测光伏发电和风力发电的功率，必将有助于电网调度部门统筹安排常规电源和光伏发电、风力发电的协调配合，合理安排电网运行方式，优化实时调度调整，多接纳光伏发电和风力发电发电量；另一方面降低电力系统的旋转备用容量和运行成本,以充分利用可再生资源，获得更大的经济效益和社会效益；此外，还可以通过与电网的协调实时调整电站的功率输出，对电网提供必要的支撑，提高电力系统运行的安全性和稳定性。

 

发明内容

本发明提供了一种解决上述问题的方案，提供一种可预测性和可控性好的大规模光伏风电信息接入系统。

本发明的技术方案是提供大规模光伏风电信息接入系统，其包括主站，所述主站连接若干个子站，所述子站连接若干个光伏风电发电场站,其特征在于：所述主站内设置有省调主站系统，所述省调主站系统负责所有所述光伏风电发电场站的AGC控制策略，AVC控制策略和风光功率预测；所述子站内均设置有光伏/风力发电子站系统；所述光伏风电发电场站均设置有光伏/风力发电场站监控系统。

优选的，所述光伏/风力发电子站系统负责采集接入所在所述子站的所有所述光伏风电发电场站的风电/光伏信息采集并上送所述主站，同时执行或者转发所述主站发出的风电/光伏的AGC控制指令，AVC控制指令。

优选的，所述光伏/风力发电场站监控系统负责采集所在所述光伏风电发电场的风电/光伏信息并上送所述主站，同时执行所述主站发出的风电/光伏的AGC控制指令，AVC控制指令。

优选的，所述省调主站系统包括以下模块：

1）数据采集和监视：负责所述光伏风电发电场站、子站、主站和其他外部系统中各类数据采集和监视；

2）短期风/光功率预测：负责根据所述数据采集和监视模块采集的数据，对次日及未来多日所有所述光伏风电发电场站发电能力进行预测；

3）超短期风/光功率预测：负责根据所述数据采集和监视模块采集的数据，对未来五分钟到一个小时内所有所述光伏风电发电场站发电能力进行预测。

优选的，所述省调主站系统还包括以下模块：

1）风电/光伏发电有功功率控制：负责控制和调整所有所述光伏风电发电场站的有功功率，同时给所述光伏/风力发电子站系统发送出力指令；

2）风电/光伏发电无功电压控制：负责根据全局网络模型和实时数据进行控制计算, 给下辖各区域内电厂高压侧控制母线下发电压定值，给辖区变电站下发高压侧无功定值，作为所述光伏风电发电场站的控制目标，实现中枢母线电压的闭环控制；同时给下级地调AVC下发关口母线电压或无功潮流的控制定值，实现上下级AVC协调控制；

3）风电/光伏运行数据统计及分析：分析其对所述光伏风电发电场站发电能力的预测准确率和因为其预测偏差引起的各辅助服务调用量之间的关系，辅助服务调用量包括系统调峰、调频、调压、备用。

优选的，所述光伏/风力发电子站系统包括以下模块：

1）SCADA功能：接收SCADA系统采集的数据，包括：测风塔/光辐照度数据、风机/光伏逆变器运行信息、风电场集控信息和升压站信息；

2）风电/光伏发电有功功率控制：负责下辖所有所述光伏风电发电场站的有功功率，给所述光伏/风力发电场站监控系统下发出力指令；

3）风电/光伏发电无功电压控制：负责根据SCADA功能模块采集的数据给下辖所有所述光伏风电发电场站下发无功指令。

优选的，所述光伏/风力发电场站监控系统包括：

1）SCADA功能：接收SCADA系统采集的所在所述光伏风电发电场站的数据，包括：基于单个风电机组的信息、单个光伏逆变器、汇流箱信息、气象信息，有功信息，无功信息；

2）有功功率控制：执行所述光伏/风力发电子站系统发出的出力指令；

3）无功电压控制：执行所述光伏/风力发电子站系统下发的无功指令；

4）短期风/光功率预测：负责根据所述SCADA功能模块采集的数据，对次日及未来多日所在所述光伏风电发电场站发电能力进行预测；

5）超短期风/光功率预测：负责根据所述SCADA功能模块采集的数据，对未来五分钟到一个小时内所在所述光伏风电发电场站发电能力进行预测。

本发明的大规模光伏风电信息接入系统可以实现风电、光伏的多源、多时间尺度预测，实现风电、光伏的有功闭环控制和无功闭环控制。其既规范了风电光伏发电的发展，又提高了电网对风电光伏发电的接纳能力。其对促进风电光伏发电与电网的协调发展具有非常重要的实践意义，在全国范围具有典型示范意义。

附图说明

图1为本发明的大规模光伏风电信息接入系统的结构框架图。

 

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的大规模光伏风电信息接入系统包括若干个光伏风电发电场站和主站，若干个光伏风电发电场站接入同一个子站，所有的子站经过调度中心接入主站，并通过主站连接外部电网。主站内设置有省调主站系统；子站内均设置有光伏/风力发电子站系统；光伏风电发电场站均设置有光伏/风力发电场站监控系统。

一、省调主站系统

该系统主要实现对整个风电、光伏的实时监视与控制，主要实现风电/光伏的AGC控制策略，AVC控制策略，风光功率预测等。主要包括以下功能模块：

（1)数据采集

数据采集与监视功能应实现主站系统与光伏风电发电场站、子站和其它外部系统实现各类数据的采集和监视。具体提供通信链路管理、规约处理和数据转发等功能。功能应采用多机冗余和负载均衡技术，满足高吞吐量和高可靠性的要求,应有事件记录、回放及跟踪、报警等功能。

本模块实现风电/光伏子站集控系统与风电/光伏并网综合控制决策支持系统之间的数据通信及控制命令的交互，并在主站端提供风电/光伏的数据采集与监视功能。

短期风/光功率预测

短期风/光功率预测功能支持风能/光能发电出力与各种相关因素相关性的定量分析，提供多种预测方法，实现对次日至未来多日每时段风电/光伏可用发电能力的精确预测。

超短期风/光功率预测

短期风/光功率预测功能利用测风塔信息、光辐照度信息，进行对风能/光伏发电出力与各种相关因素相关性的定量分析，提供多种预测方法，实现未来5分钟－1小时风电/光伏可用发电能力的精确预测。

(4)风电/光伏发电有功功率控制

通过数据采集，进行光伏风电发电场站的运行监视，风电/光伏功率控制模块可根据计划或者实时调度需要，向风电场、省（区）调度机构下发指令，以控制风电场或者区域的风电有功功率，具有多种控制模式和策略，在控制精度、响应时间上应满足调度运行需要。

光伏风电发电场站的功率控制以单个光伏风电发电场站为最小控制对象，面向光伏风电发电场站下发全场功率设定值。

(5)风电/光伏发电无功电压控制

整个系统的AVC采用无功电压3次调节模式：三级电压控制、二级电压控制和一级电压控制。省调主站系统完成最高的2级无功电压控制，即根据全局网络模型和实时数据进行全局优化分析计算，但优化方案是通过分级分区实施闭环控制的，给出全网若干中枢母线电压幅值设定值（或联络线无功潮流设定值）。其次结合电网动态分区，根据中枢母线电压幅值设定值（或联络线无功潮流设定值）进行控制计算，给各区域内电厂高压侧控制母线下发电压定值，给辖区变电站下发高压侧无功定值，作为厂站/风电场级控制目标，实现中枢母线电压的闭环控制，同时给下级地调AVC下发关口母线电压或无功潮流的控制定值，实现上下级AVC协调控制。

(6)风电/光伏运行数据统计及分析

风电/光伏运行数据统计及分析模块通过风电/光伏运行数据，分析风电/光伏运行给系统新增的调峰、调频、调压、备用等辅助服务的调用量，分析风电/光电功率预测准确度与运行中因为预测偏差引起的系统调峰、调频、调压、备用等辅助服务调用量之间的关系，量化风电/光伏运行与辅助服务之间的关系，量化风电场/光伏不断提高风电预测准确率对减少辅助服务调用的贡献率，为辅助服务考核与补偿工作的推进及辅助服务市场化的探索提供参考。

(7)数据分析与展示

分析及展示模块完成数据采集，根据用户要求将风电/光伏运行数据进行灵活、直观、可视化的方式展示，使用户快速、准确、方便地掌握风电/光伏实际运行情况，具有灵活的报表功能，能辅助分析风电/光伏功率、风电/光伏功率变化率的概率分布及其与日期、时间的潜在关系。模块应具备可定制功能，输出报表美观易用。

二、光伏/风力发电子站系统

该系统可部署在330KV升压站内，主要实现对接在该变电站的风电、光伏的实时监视与控制，主要负责将该区域内的风电/光伏信息采集并上送主站，同时执行或者转发主站的风电/光伏的AGC控制指令，AVC控制指令等。主要包括以下功能模块：

(1)SCADA功能

SCADA系统的功能可分为操作类功能和管理类功能两大类。操作类功能包括数据采集、状态监视、设备控制、事件记录以及报告生成等，管理类功能主要包括用户权限管理、时间同步管理、通讯系统的自诊断以及系统设置功能等。

集控系统SCADA功能所涉及到的数据信息包括：

1)测风塔/光辐照度数据

采集风电场测风塔测量的相关风速、风向、气温、气压等信息，以及光辐照度计的光照强度等信息，为日前及超短期风电功率预测提供基础数据

2)风机/光伏逆变器运行信息

主要包括启停状态、有功功率、无功功率等。

3)风电场集控信息

包括光伏风电发电场站开机数量、类型、总有功功率、分区有功功率、总无功功率、分区无功功率、母线电压及相关风电控制信息等。另外，还有光伏风电发电场站控制压板的投退信息。

4)升压站信息

包括升压站开关、母线、变压器及无功补偿设备运行状态，有功功率、无功功率及电压信息等。

 (2)风电/光伏发电有功功率控制

通过数据采集，进行光伏风电发电场站的运行监视，风电/光伏功率控制模块可根据主站的控制指令，对主站控制指令通过分析，向各风电场、光伏电站下发指令，以控制该区域的风电/光伏有功功率，具有多种控制模式和策略，在控制精度、响应时间上应满足调度运行需要。光伏风电发电场站的功率控制以单个光伏风电发电场站为最小控制对象，面向光伏风电发电场站下发全场功率设定值。

(3)风电/光伏发电无功电压控制

一方面从调度主站AVC系统获取无功分配计划，向主站AVC上送场站无功分配计划和实际调节信息；另一方面，接收场站的实时运行信息，制定场站无功分配指令并向场站下发调节指令。主要功能：

1）根据光伏风电发电场站实际运行计算各场站的无功分配指令，并向各场站下发无功指令；

2）安全校核；

3）存储实时运行控制信息，对控制方案及执行情况进行备份；

4）各风电及光伏发电场站无功调节容量不足显示及告警；

(4)数据分析与展示

分析及展示模块完成数据采集，根据用户要求将风电/光伏运行数据进行灵活、直观、可视化的方式展示，使用户快速、准确、方便地掌握风电/光伏实际运行情况，具有灵活的报表功能，能辅助分析风电/光伏功率、风电/光伏功率变化率的概率分布及其与日期、时间的潜在关系。模块应具备可定制功能，输出报表美观易用。

三、光伏/风力发电场站监控系统

风电场/光伏场站监控系统的功能主要包括

1)SCADA功能

可分为操作类功能和管理类功能两大类。操作类功能包括数据采集、状态监视、设备控制、事件记录以及报告生成等，管理类功能主要包括用户权限管理、时间同步管理、通讯系统的自诊断以及系统设置功能等。

数据采集的信息包括

l       基于单个风电机组的信息和单个光伏逆变器、汇流箱信息

l)       基于光伏风电发电场站信息 光伏风电发电场站气象信息，有功信息，无功信息等

2)有功功率控制

主要根据集控子站下达的光伏电场总有功指令，以及当前光伏逆变器输出功率，结合预测结果，向各逆变器下发功率指令，执行该光伏电场的出力指令。具有多种控制模式和策略，在控制精度、响应时间上应满足调度运行需要。

3）无功电压控制

根据光伏组件（风电机组）的运行约束和实际运行状态，根据一定的分配原则，对来自集控子站的无功计划需求值进行分配，经过校验后输出作为光伏逆变器（风电机组）、SVG等无功调节设备的无功调节目标指令。

4）超短期风/光功率预测

短期风/光功率预测功能利用测风塔信息、光辐照度信息，进行对风能/光伏发电出力与各种相关因素相关性的定量分析，提供多种预测方法，实现未来5分钟－1小时风电/光伏可用发电能力的精确预测。

5)短期风/光功率预测

短期风/光功率预测功能支持风能/光能发电出力与各种相关因素相关性的定量分析，提供多种预测方法，实现对次日至未来多日每时段风电/光伏可用发电能力的精确预测。

6）数据统计与分析

统计模拟量或综合量的整点值和状态，计算日平均值、最大值和最小值。统计模拟量的日、旬、月、季、年平均值、最大值、最小值、发生时间及相关状态。对有些量（如电压等，可由用户设置）要在一定范围内计算最大值和最小值，范围可人工设置。

统计模拟量的本日、本周、本旬、本月、本季、本年越限次数、越上上限累计时间、越上限累计时间、越下限累计时间、越下下限累计时间、总越限累计时间。

统计日、周、旬、月、季、年的各机组风速、风向、出力、发电量、日最大电量及发生时间、平均电量。统计日、周、旬、月、季、年的风机/光伏逆变器自动起停次数，人工起停次数等。

根据数据库中的历史数据，统计不同风速下风力发电机的出力情况，绘制发电机的实际出力曲线，并与风电机组厂商提供的功率曲线进行校验。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (7)

1.大规模光伏风电信息接入系统，其包括主站，所述主站连接若干个子站，所述子站连接若干个光伏风电发电场站,其特征在于：所述主站内设置有省调主站系统，所述省调主站系统负责所有所述光伏风电发电场站的AGC控制策略，AVC控制策略和风光功率预测；所述子站内均设置有光伏/风力发电子站系统；所述光伏风电发电场站均设置有光伏/风力发电场站监控系统。

2.根据权利要求1所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述光伏/风力发电子站系统负责采集接入所在所述子站的所有所述光伏风电发电场站的风电/光伏信息采集并上送所述主站，同时执行或者转发所述主站发出的风电/光伏的AGC控制指令，AVC控制指令。

3.根据权利要求1所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述光伏/风力发电场站监控系统负责采集所在所述光伏风电发电场的风电/光伏信息并上送所述主站，同时执行所述主站发出的风电/光伏的AGC控制指令，AVC控制指令。

4.根据权利要求1所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述省调主站系统包括以下模块：

1）数据采集和监视：负责所述光伏风电发电场站、子站、主站和其他外部系统中各类数据采集和监视；

2）短期风/光功率预测：负责根据所述数据采集和监视模块采集的数据，对次日及未来多日所有所述光伏风电发电场站发电能力进行预测；

3）超短期风/光功率预测：负责根据所述数据采集和监视模块采集的数据，对未来五分钟到一个小时内所有所述光伏风电发电场站发电能力进行预测。

5.根据权利要求4所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述省调主站系统还包括以下模块：

1）风电/光伏发电有功功率控制：负责控制和调整所有所述光伏风电发电场站的有功功率，同时给所述光伏/风力发电子站系统发送出力指令；

2）风电/光伏发电无功电压控制：负责根据全局网络模型和实时数据进行控制计算, 给下辖各区域内电厂高压侧控制母线下发电压定值，给辖区变电站下发高压侧无功定值，作为所述光伏风电发电场站的控制目标，实现中枢母线电压的闭环控制；同时给下级地调AVC下发关口母线电压或无功潮流的控制定值，实现上下级AVC协调控制；

3）风电/光伏运行数据统计及分析：分析其对所述光伏风电发电场站发电能力的预测准确率和因为其预测偏差引起的各辅助服务调用量之间的关系，辅助服务调用量包括系统调峰、调频、调压、备用。

6.根据权利要求2所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述光伏/风力发电子站系统包括以下模块：

1）SCADA功能：接收SCADA系统采集的数据，包括：测风塔/光辐照度数据、风机/光伏逆变器运行信息、风电场集控信息和升压站信息；

2）风电/光伏发电有功功率控制：负责下辖所有所述光伏风电发电场站的有功功率，给所述光伏/风力发电场站监控系统下发出力指令；

3）风电/光伏发电无功电压控制：负责根据SCADA功能模块采集的数据给下辖所有所述光伏风电发电场站下发无功指令。

7.根据权利要求2所述的大规模光伏风电信息接入系统，其特征在于：所述光伏/风力发电场站监控系统包括：

1）SCADA功能：接收SCADA系统采集的所在所述光伏风电发电场站的数据，包括：基于单个风电机组的信息、单个光伏逆变器、汇流箱信息、气象信息，有功信息，无功信息；

2）有功功率控制：执行所述光伏/风力发电子站系统发出的出力指令；

3）无功电压控制：执行所述光伏/风力发电子站系统下发的无功指令；

4）短期风/光功率预测：负责根据所述SCADA功能模块采集的数据，对次日及未来多日所在所述光伏风电发电场站发电能力进行预测；

5）超短期风/光功率预测：负责根据所述SCADA功能模块采集的数据，对未来五分钟到一个小时内所在所述光伏风电发电场站发电能力进行预测。

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