CN102709925A - 基于风电场scada系统的无功功率自动调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，包括SCADA系统结构，还包括：与SCADA系统结构中的监控系统通讯连接，用于风电场无功功率调节分配的风电场无功控制器；与风电场无功控制器通讯连接，用于将获取的风场并网点无功功率和相线电压波动和需求作为无功功率调节目标反馈给风电场无功控制器的风电场无功功率需求读取模块，该系统优势在于无功功率调节系统与风场SCADA监控数据共享，共享风场内各风机运行数据；本发明在原有SCADA系统上进行无功功率调节改造，不仅能最大的节约改造成本，还能与原有监控系统做到100%融合。

Description

基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统
技术领域
本发明涉及无功功率自动调节系统，具体地，涉及基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统。
背景技术
中国风能资源丰富，开发潜力巨大，必将成为未来能源结构中一个重要的组成部分。中国已经成为全球发展速度最快的风力发电市场，过去7年年平均增长速度达到56%。截止2008年底，全国风电装机已超过1000万千瓦。随着风电在电网容量中的比例的不断增加，这不仅在客观上要求风力发电机组在电网出现故障时能提供无功支持，还出现了电能质量、电压问题，以及大规模的风电电源引起电网不稳定性等问题。而我国风资源分布的不均衡性，使我国必将对风机的电能质量和对电网的无功支撑提出更高的要求。我国2012年初国家电网颁布正式的 《风电场接入电力系统技术规范》中有关风电场无功补偿规定中提到：“风电场要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力；当风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要时，应在风电场集中加装适当容量的无功补偿装置，必要时加装动态无功补偿装置。”且无功容量也做了规定。
现为提高并网能力，电网要求风电场配置无功补偿装置，目前最为有效的无功补偿装置是SVG。以装机49.5MW（约合33台1.5MW）的风电场需要补偿20%无功计算，整个风场需要投入200万元左右的SVG设备。而随着风场容量的增长，SVG设备投入费用也在成比例增加。我国每年预计装机12000MW，同样按补偿20%无功计算，SVG设备投入费用为4.8亿元。SVG投资大，利用风电机组本身的无功输出能力可以降低风电场运行成本！
目前，风电场无功功率控制系统的改造面临的问题是，购入完整一套无功调节系统费用较高，改造周期较长。原有SCADA系统结构也面临着改造的问题，SCADA系统的改造有可能会影响风场生产发电，本发明正式有针对性做出了设计。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，以节约改造成本。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，包括SCADA系统结构，还包括：与SCADA系统结构中的监控系统通讯连接，用于风电场无功功率调节分配的风电场无功控制器；与风电场无功控制器通讯连接，用于将获取的风场并网点无功功率和相线电压波动和需求作为无功功率调节目标反馈给风电场无功控制器的风电场无功功率需求读取模块。
进一步地，所述风电场无功功率需求读取模块为高精度的电能质量模块。
进一步地，所述监控系统与风电场无功控制器之间采用RJ45网线通讯连接。
进一步地，所述风电场无功控制器与风电场无功功率需求读取模块之间通过RS232串口线通讯连接。
进一步地，所述风电场SCADA系统，其监控的风机为双馈风力发电机。
进一步地，所述风电场SCADA系统结构还包括与监控系统通过以太网通讯连接的监控系统后台服务器、数据存储服务器、网络通讯用交换机，所述网络通讯用交换机之间通过光纤通讯环路连接。
进一步地，所述风电场SCADA系统结构还包括与监控系统通过以太网通讯连接的CISCO2960 24口交换机、与CISCO2960 24口交换机连接的CISCO1841路由器；且所述网络通讯用交换机为单模光电交换机。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、由于本发明在原有的风电场SCADA系统的基础上，将风电场无功功率调节控制系统做了集成和融合，避免了原有SCADA系统与无功功率调节控制系统之间系统兼容和冗余设计；无功功率调节控制系统与风场SCADA监控数据共享，共享风场内各风机运行数据；通过上述改造，不仅能最大的节约改造成本，还能与原有监控系统做到100%融合。
2、由于本发明中优先使用双馈风力发电机的无功调节能力，符合国家电网颁布的风电机组并网技术规范的相关要求，因此双馈风力发电机组采用分布无功就地补偿，调节风电场整场无功配置，对本地风场发电运行和电网电力传输的起到了不可或缺的作用。
3、在风电机组能满足风场无功调配需求的前提下，能为风电场业主节约对无功集成补偿设备的采购投入成本。基于原有SCADA系统，能节约风电场设计开发风机无功功率调节系统费用。
4、该系统能降低风电场集中式无功补偿设备的容量或者在一定条件下完全替代无功补偿装置。
5、能实现风电场内部无功调配以及给予电网无功支撑能力。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，是在原有风电场SCADA系统上进行无功功率调节改造，其中，风电场SCADA系统是风电场日常运行、维护、监控和数据存储的综合系统。
如图1所示，SCADA系统结构包括监控系统、与监控系统通过以太网通讯连接的CISCO2960 24口交换机、监控系统后台服务器、数据存储服务器、单模光电交换机，及与单模光电交换机通过光纤通讯环路连接的各台风机对应的单模光电交换机（01-16号风机交换机），还包括与CISCO2960 24口交换机连接的CISCO1841路由器。
本发明的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，在风电场SCADA系统结构的基础上，还包括与SCADA系统结构中的监控系统通讯连接，用于风电场无功功率调节分配的风电场无功控制器；与风电场无功控制器通讯连接，用于将获取的风场并网点无功功率和相线电压波动和需求作为无功功率调节目标反馈给风电场无功控制器的风电场无功功率需求读取模块。其中，监控系统与风电场无功控制器之间采用RJ45网线通讯连接；风电场无功控制器与风电场无功功率需求读取模块之间通过RS232串口线通讯连接。
在本发明中，风电场SCADA系统，其监控的风机为双馈风力发电机。
本发明中，风电场无功功率需求读取模块采用的是高精度电能质量模块，通过该模块完成对风场并网点无功功率和相线电压的数据读取，但无功调节的监控数据不限于此。
本发明工作时，高精度电能质量模块在ms级采样周期内采集PCC点PT传感器和CT传感器的有效数据，获取风场并网点无功功率和相线电压波动和需求，这也是调节过程中反馈的调节目标，调节目标数据经过RS232串口通讯线路送至风电场无功控制器，由控制软件Modbus报文解包软件分析之后得到具体的数值。于此同时，风电场无功控制器也在实时的获取风电场内所有风电机组的状态信息，如风机是否处在并网运行态、故障态、停机态、小风待机等风态或者是维护态，风机的实时状态将直接影响后期无功功率的分配策略，进而影响风电场无功输出和反馈效果。读取各台风机状态是有赖于原有SCADA系统中的单模光电交换机、监控系统等设备，以及原有SCADA光纤通讯环网。
本发明在原有SCADA系统上进行无功功率调节改造，不仅能最大的节约改造成本，还能与原有监控系统做到100%融合。拥有风电机组无功调节能力的SCADA系统，能使风电制造企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
上述各实施例中，各个结构、设置位置、及其通讯方式都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，包括SCADA系统结构，其特征在于，还包括：
与SCADA系统结构中的监控系统通讯连接，用于风电场无功功率调节分配的风电场无功控制器；
与风电场无功控制器通讯连接，用于将获取的风场并网点无功功率和相线电压波动和需求作为无功功率调节目标反馈给风电场无功控制器的风电场无功功率需求读取模块。
2.根据权利要求1所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述风电场无功功率需求读取模块为高精度的电能质量模块。
3.根据权利要求1或2所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述监控系统与风电场无功控制器之间采用RJ45网线通讯连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述风电场无功控制器与风电场无功功率需求读取模块之间通过RS232串口线通讯连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述风电场SCADA系统，其监控的风机为双馈风力发电机。
6.根据权利要求1或2所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述风电场SCADA系统结构还包括与监控系统通过以太网通讯连接的监控系统后台服务器、数据存储服务器、网络通讯用交换机，所述网络通讯用交换机之间通过光纤通讯环路连接。
7.根据权利要求6所述的基于风电场SCADA系统的无功功率自动调节系统，其特征在于，所述风电场SCADA系统结构还包括与监控系统通过以太网通讯连接的CISCO2960 24口交换机、与CISCO2960 24口交换机连接的CISCO1841路由器；且所述网络通讯用交换机为单模光电交换机。
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