CN102749914B - 风电场升压站监控系统和avc功能就地测试系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电场AGC和AVC功能就地测试系统及其实现方法，该就地测试系统包括连接的设置后台、智能信号发生器和数据采集单元；所述设置后台通过USB接口与智能信号发生器连接；所述智能信号发生器与数据采集单元连接；所述智能信号发生器与风场设备的风电场升压站监控系统或AVC装置连接；所述风电场升压站监控系统与通过网络接口与风电机组能量管理平台连接。本发明提供的就地测试系统功能完善、自动化程度高，就地测试系统集数据采集、分析、处理、结果输出于一体；其实现方法在风况满足测试要求的情况下，一个完整测试周期可由系统自动完成，不需要人工干预。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源接入与控制领域的就地测试系统及其实现方法，具体涉及一种风电场升压站监控系统及AVC(自动电压控制，AutoVoltageControl)功能就地测试系统及其实现方法。
背景技术
近年来，我国的风电装机容量以迅猛的速度发展，我国已成为风能利用和风电装机大国。然而，传统风电场并不具备有功、无功的自动控制能力，风电场的有功、无功的出力处在“自由”的状态，可调度性差。为满足风电集中开发、大容量、远距离送出的要求，我国制定了《风电场接入电网技术规定》，并于2012年对该并网导则进行了修订，对风电场的电能质量、功率预测、有功、无功控制、低电压穿越等都做了明确要求。
电网友好型风电场是风电发展的未来趋势。电网友好型风电场除要求风电场的功率预测功能、低电压穿越能力等要求外，风电场的有功无功控制能力也是一个很重要的方面。通常，在风电场投运前后，需要对风电场的有功/无功电压控制能力进行测试，测试风电场的有功/无功控制能力是否满足并网导则的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统及其实现方法，本发明提供的就地测试系统功能完善、自动化程度高，就地测试系统集数据采集、分析、处理、结果输出于一体；其实现方法在风况满足测试要求的情况下，一个完整测试周期可由系统自动完成，不需要人工干预。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统，其改进之处在于，所述就地测试系统包括连接的设置后台、智能信号发生器和数据采集单元；所述设置后台通过USB接口与智能信号发生器连接；所述智能信号发生器与数据采集单元连接；
所述智能信号发生器与风场设备的风电场升压站监控系统或AVC装置连接；
所述风电场升压站监控系统与通过网络接口与风电机组能量管理平台连接。
其中，所述智能信号发生器包括主控芯片、智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口；所述智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口分别与主控芯片连接。
其中，所述主控芯片采用低功耗混合信号单片机C8051F410芯片。
其中，所述智能信号发生器面板包括LED显示屏和键盘按键；所述LED显示屏采用双踪LED显示屏。
其中，所述电压输出通道，用于实现0～10V或0～30V电压的输出；
所述电流输出通道，用于控制电流发生电路输出4～20mA的电流。
其中，所述电压输出通道包括依次连接的D/A通道、运算放大器、OTL功率放大器和光电隔离器。
其中，所述电流输出通道包括依次连接的可编程计时器阵列PCA、PWM调制器和光电隔离器。
其中，所述信号接口采用RS232接口。
其中，所述设置后台为PC机后台，在所述PC机后台上安装有曲线配置工具。
其中，所述曲线配置工具是运行于Windows环境下的控制软件。
其中，所述数据采集单元包括以PPC-7500板为核心的中央处理器，以ADS8364为A/D转换芯片的数模采集电路。
本发明基于另一目的提供的一种风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统的实现方法，其改进之处于，所述方法包括下述步骤：
A、采用所述智能信号发生器，将有功电压目标或无功电压目标以4～20mA信号输出至风电场升压站监控系统或AVC装置；
B、由所述风电场升压站监控系统或AVC装置转发至风机能量管理平台；同时有功或无功功率目标或电压目标以电压量形式输出至所述数据采集单元；
C、启动所述数据采集单元的波形记录功能；
D、所述数据采集单元按照设定的通道数、采样率、数据记录时间对电压和电流数据进行记录和分析。
其中，所述智能信号发生器的输出电流值由所述PC机后台编辑的界面修改并比例于输出的功率值或电压值。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统功能完善、自动化程度高；系统集数据采集、分析、处理、结果输出于一体；其实现方法在风况满足测试要求的情况下，一个完整测试周期可由系统自动完成，不需要人工干预。
2、本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统及其实现方法具备良好的扩展性；随着待测试风场规模的不同，测试系统只需要修改简单的配置即可适应，不需要修改系统结构及测试源代码；测试系统和风电场监控系统及AVC装置的通讯规约及点表可自由配置，以适应不同风电场的试验需求。
3、本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统及其实现方法，不采用通讯规约而采用4～20mA输出，方案的通用性较好；本发明不需要修改现场通讯的点表，避免了不同厂家通讯规约及接口的调试工作量。
附图说明
图1是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统1结构图；
图2是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统2结构图；
图3是本发明提供的风电场复杂配置的实现方式结构图；
图4是本发明提供的智能信号发生器的设计框图；
图5是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统的主程序流程图；
图6是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统的中断程序流程图；
图7是本发明提供的电压输出通道结构框图；
图8是本发明提供的电流输出通道结构框图；
图9是本发明提供的智能信号发生器面板原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1和2所示，图1是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统1结构图，图2是本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统2结构图。该就地测试系统包括连接的设置后台、智能信号发生器和数据采集单元；设置后台通过USB接口与智能信号发生器连接；智能信号发生器与数据采集单元连接；智能信号发生器与风场设备的风电场升压站监控系统或AVC装置连接；风电场升压站监控系统与通过网络接口与风电机组能量管理平台连接。
如图4所示，图4本发明提供的智能信号发生器的设计框图，智能信号发生器包括主控芯片、智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口；所述智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口分别与主控芯片连接。
智能信号发生器实现电流、电压的输出功能，辅以LED数码显示人机界面以及与上位机通讯的功能，可同时输出两路0～20mA电流，两路电压信号，其中一路0～10V输出，一路0～30V输出，信号的输出带智能编程功能，可利用后台编辑软件实现用户的定制输出。
智能信号发生器选用美国Cygnal公司C8051F410低功耗混合信号单片机做为主控芯片，该芯片采用荷电状态SOC设计方法，8051兼容的微控制器核，运行速度50MIPS，具备12位200ksps的24通道A/D转换器ADC，带模拟多路器；两个12位电流输出D/A转换器DAC；硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口，功能十分强大，可满足智能信号发生器低成本、高可靠性的要求。
智能信号发生器技术指标如下：
(1)2个4～20mA电流输出通道，精度为0.15％；2个0～10V电压输出通道，精度为0.15％；
(2)电压、电流输出通道阶跃响应时间<10mS；通道同步时间<1mS；
(3)负载能力：电流通道的电阻≤750Ω；电压通道的电流最大为50mA；
(4)支持上位机设定、下载、程控，下载后可离线运行。
图5中智能信号发生器自检完毕后，检查有无键盘操作，有无通讯及其他外部中断，若有，则中断当前输出，按照键盘或中断设定的输出表，启动通道同步操作，并按照输出表执行，若无，则按照输出表输出执行，直至输出表执行完毕。图6是中断输出流程，首先保存中断上下文，然后根据通讯的内容更新输出表，设置中断标志，恢复中断上下文，中断结束。
电压输出通道包括依次连接的D/A通道、运算放大器和输出功放及短路保护单元；所述输出功放及短路保护单元由依次连接的OTL功率放大器和光电隔离器实现。电压输出通道，用于实现0～10V或0～30V输出的功能实现。由于参数的离散性，电压输出通道需要进行标定，使输出精度在设计范围内。因此采用了5点折线拟合法进行软件标定。电压输出通道结构框图如图7所示。
电流输出通道包括依次连接的可编程计时器阵列PCA、PWM调制器和输出短路保护单元，所述输出短路保护单元由光电隔离器实现。电流输出通道用于控制电流发生电路输出4～20mA电流。电流输出通道结构框图如图8所示。
智能信号发生器面板包括LED显示屏和键盘按键；所述LED显示屏和功能按键具有双踪功能。智能信号发生器面板如图9所示。
信号接口采用RS232接口。设置后台为PC机后台，在PC机后台上安装有曲线配置工具。曲线配置工具是运行于Windows环境下的控制软件。通过曲线配置工具可单独对某通道的单点及曲线输出进行设置、启动、停止，可设置通道间的联动功能，可监测智能信号发生器的运行状态。工具软件与智能信号发生器采用USB接口连接。
a、工具软件提供输出时变目标曲线的编辑方法。目标曲线的纵坐标的改变范围为0～120％满度量程，改变精度为0.1％，横坐标的改变值为6小时，时间改变精度为0.1s。曲线的编辑具备良好的可视界面，编辑修改方便，并能对已设置下载的曲线进行召回。
b、曲线能下载至智能信号发生器或通过曲线配置工具软件在线定时下载。
数据采集单元包括以PPC-7500板为核心的中央处理器，以ADS8364为A/D转换芯片的模数采集电路，对采集的风电场主变高压侧电压、电流进行采集并保存，计算风电场的高压侧母线电压、风电场的有功、无功总加；对采集、计算的数据进行分析，转换为仿真、绘图输出需要的数据格式。
本发明提供了一种风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统的实现方法，该方法包括下述步骤：
A、采用所述智能信号发生器，将有功电压目标或无功电压目标以4～20mA信号(将信号转换为4～20mA小的标准电流信号，便于接受)输出至风电场升压站监控系统或AVC装置；
B、由所述风电场升压站监控系统或AVC装置转发至风机能量管理平台；同时有功或无功功率目标或电压目标以电压量形式输出至所述数据采集单元；
C、启动所述数据采集单元的波形记录功能；
D、所述数据采集单元按照设定的通道数、采样率、数据记录时间对电压和电流数据进行记录和分析。
智能信号发生器的输出电流值由所述PC机后台编辑的界面修改并比例于输出的功率值或电压值。
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例
本发明提供的试验系统部署在风电场就地，借助风电场就地的远动(监控)网络，实现风电场升压站监控系统功能的测试和校核，并依据测试过程记录的相关数据，分析风电场升压站监控系统调节的相关性能。AGC实现方式如附图1所示。
本发明提供本试验系统和风电场AVC装置通讯，将风电场的电压/无功目标发送给AVC装置，利用AVC装置的功能实现风电场的电压/无功调节，试验过程记录风电场各升压变高压侧有功/无功、风场高压侧各段母线电压。AGC实现方式如附图2所示。
现代大型风电场，容量都在100MW以上，风场有多条主变及高压母线，在某些特殊工况下，这些母线有可能分裂运行；风场风电机组可能由不同的厂家提供，导致监控系统或AVC系统存在多套的可能。智能信号发生器可输出两路同步的电压信号，两路电流信号，可在电流信号回路串入电阻，实现4路电压量的输出。实现风电场复杂配置的AGC&AVC实现方式如图3所示。图中所示为与两套风电场监控系统的接口。
本发明提供的风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统及其实现方法，具备良好的扩展性。随着待测试风场规模的不同，测试系统只需要修改简单的配置即可适应，不需要修改系统结构及测试源代码；通讯规约及点表可自由配置。不采用通讯规约而采用4～20mA输出，方案的通用性较好；本方案不需要修改现场通讯的点表，避免了不同厂家通讯规约及接口的调试工作量。系统功能完善、自动化程度高。系统集数据采集、分析、处理、结果输出于一体；在风况满足测试要求的情况下，一个完整测试周期可由系统自动完成，不需要人工干预。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统的实现方法，其特征在于，所述风电场升压站监控系统和AVC功能就地测试系统包括连接的设置后台、智能信号发生器和数据采集单元；所述设置后台通过USB接口与智能信号发生器连接；所述智能信号发生器与数据采集单元连接；
所述智能信号发生器与风场设备的风电场升压站监控系统或AVC装置连接；
所述风电场升压站监控系统或AVC装置通过网络接口与风电机组能量管理平台连接；
所述智能信号发生器包括主控芯片、智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口；所述智能信号发生器面板、电压输出通道、电流输出通道和信号接口分别与主控芯片连接；
所述主控芯片采用低功耗混合信号单片机C8051F410芯片；
所述智能信号发生器面板包括LED显示屏和键盘按键；所述LED显示屏采用双踪LED显示屏；
所述电压输出通道，用于实现0～10V或0～30V电压的输出；
所述电流输出通道，用于控制电流发生电路输出4～20mA的电流；
所述电压输出通道包括依次连接的D/A通道、运算放大器、OTL功率放大器和光电隔离器；
所述电流输出通道包括依次连接的可编程计时器阵列PCA、PWM调制器和光电隔离器；
所述信号接口采用RS232接口；
所述设置后台为PC机后台，在所述PC机后台上安装有曲线配置工具；
所述曲线配置工具是运行于Windows环境下的控制软件；
所述数据采集单元包括以PPC-7500板为核心的中央处理器，以ADS8364为A/D转换芯片的数模采集电路；
所述方法包括下述步骤：
A、采用所述智能信号发生器，将有功电压目标或无功电压目标以4～20mA信号输出至风电场升压站监控系统或AVC装置；
B、由所述风电场升压站监控系统或AVC装置转发至风机能量管理平台；同时有功或无功功率目标或电压目标以电压量形式输出至所述数据采集单元；
C、启动所述数据采集单元的波形记录功能；
D、所述数据采集单元按照设定的通道数、采样率、数据记录时间对电压和电流数据进行记录和分析；
所述智能信号发生器的输出电流值由所述PC机后台编辑的界面修改并比例于输出的功率值或电压值。
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