发明内容:
本发明的目的是提供一种风电场并网特性在线评价系统,所述系统实现持续性地获取已投运风电场的并网特性,为风电与电力系统调度运行提供依据。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种风电场并网特性在线评价系统,所述系统的评价项目包括有功功率变化率、电压偏差、电压和频率适应性、有功功率调节、无功电压调节和低电压穿越能力;
所述系统包括:
数据通信单元:用于与广域测量系统实时通信,采集得到广域测量系统覆盖范围内的秒级风电场并网点实时性能信息、风电机组的运行状态信号和风速信号;用于与调度自动化系统通信,采集得到自动发电控制和自动电压控制的指令;用于采集风电场同步相量测量装置数据,得到风电场毫秒级运行数据;
在线评价算法模块:用于计算和评价所述评价项目;
功能管理模块:用于风电场信息维护、变电站信息维护和数据保存查询。
本发明提供的一种风电场并网特性在线评价系统,通过与所述广域测量系统实时通信采集到的数据用于在线评价所有评价项目;所述风电场并网点实时性能信息包括有功功率、无功功率、电压、频率、风电机组运行状态信号和风速信号;
通过与所述调度自动化系统通信采集到的数据用于在线评价风电场有功功率调节、无功电压调节;
采集风电场同步相量测量装置数据用于在线评价风电场低电压穿越能力;所述风电场毫秒级运行数据包括有功功率、无功功率、电压、无功电流。
本发明提供的一种风电场并网特性在线评价系统,所述有功功率变化率计算评价过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点有功功率,计算风电场1分钟和10分钟有功功率上升的变化率,并对照标准,分析风电场有功功率变化率是否满足标准要求;若此时为电网调度进行功率调节,则不判断功率变化率;否则,根据已知的该风电场容量,判断有功功率变化率是否满足标准要求;
所述有功功率变化率通过下式确定:
ΔP1/10=max(P1/10)-min(P1/10)
其中,ΔP1/10为有功功率1分钟或10分钟变化率,P1/10为风电场在1分钟或十分钟内的有功功率数据。
本发明提供的另一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,所述电压偏差的计算评价过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点电压和风电场公共连接点电压,所述风电场公共连接点电压在标称电压的97%~107%范围内时,实时计算并网点电压与标称电压的偏差值,对照国标判断风电场并网点电压偏差是否满足标准要求;所述电压偏差通过下式确定:
其中,ΔU为电压偏差,UPOC为风电场并网点电压,UN为标称电压。
本发明提供的再一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,所述电压适应性的计算评价过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点的电压、风电机组状态信号和风速信号,若电压在标称电压的90%~110%之间:风电场内风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足电压适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足电压适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足电压适应性;
所述频率适应性的计算评价过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点频率、风电机组状态信号和风速信号,按照并网导则的要求,分为以下3种情况进行评价:
(1)频率在49.5Hz~50.2Hz之间:
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性;
(2)频率在48Hz~49.5Hz之间,记录频率首次低于49.5HZ的时间,在此后的30min内:
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性;
30min后不考核,可停机也可运行。
(3)频率高于50.2Hz,记录频率首次高于50.2HZ的时间,在此后的5min内:
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,所述有功功率调节的计算过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点有功功率和调度自动发电控制指令;在得到自动发电控制功率调节指令后,记录有功功率调节整个时间区间内的风电场并网点有功功率和自动发电控制调度指令;计算功率控制的响应时间和偏差:
风电场有功功率调节的评价指标为:响应时间小于等于120s,偏差不大于5%的风电场额定功率。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,所述无功电压调节和电压调节的计算过程为:
通过广域测量系统得到风电场并网点无功功率、电压和调度AVC指令;在得到AVC功率调节指令后,记录风电场并网点无功功率、电压和AVC调度指令,计算电压/无功调节的响应时间和偏差:
所述无功电压调节和电压调节的评价指标为:响应时间小于等于30s,偏差不大于电压设定值的0.5%。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,通过采集风电场同步相量测量装置数据,得到风电场毫秒级运行数据;通过广域测量系统得到风电场内风电机组运行状态信号;在得到电网电压跌落的故障段数据调取要求时,调取该故障段时间内的数据,开展所述低电压穿越能力数据计算和评价。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,计算风电场电压跌落最低值和跌落持续时间,风电场电压低于0.9倍的额定电压时刻为故障开始时刻;在故障发生后,风电场电压大于等于0.9倍的额定电压时刻为故障恢复时刻;当判断发生电网短路故障后:
1)判断风电场是否脱网:在故障发生后,若风电场任何一台风电机组运行状态信号从运行到停机,则风电场内机组低压保护脱网,显示脱网风电机组的标识,记录风电机组停机数量,显示风电场有故障脱网事故;
2)无功电流注入计算:确定风电场无功电流注入的平均值:
利用风电场同步相量测量装置数据计算有功电流和无功电流分量,采用相电流和相电压与相电流间的夹角计算:
或采用电压、电流正序分量计算:
其中,IP为有功电流,IQ为无功电流,Ia、Ib、Ic分别为A、B、C相电流,分别为三相电压与电流的夹角,Is为正序电流,为正序电压与正序电流的夹角;
故障期间无功电流注入平均值为:故障开始到故障结束无功电流值的平均值通过下式确定:
其中,t0为故障开始时刻,t1为故障恢复时刻,Iq为无功电流。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,维护风电场信息包括风电场名称、装机容量、所属变电站和风电机组数量;在风电场信息维护时,根据需求任意添加新增风电场或删除风电场;
维护变电站信息包括变电站名称和标称电压;在变电站信息维护时,根据需求任意添加新增变电站或删除变电站;
所述数据保存查询包括风电场关键性能参数保存、历史数据管理与查询和数据导出;各风电场并网性能参数导出生成excel数据文件。
本发明提供的又一优选的一种风电场并网特性在线评价系统,所述系统通过以太网和以太网交换机对电力调度系统平台的工作站、与所述广域测量系统、调度自动化系统通信和风电场同步相量测量装置进行信息交换。
和最接近的现有技术比,本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明的系统功能完善、自动化程度高;
2、本发明的系统具备良好的实时评价功能;能够实时评价和显示风电场的并网性能,实现对长期运行风电场并网性能的连续、不间断评价;
3、本发明的系统采用与目前电力调度系统常用的数据采集和管理设备通信,方案的通用性较好;
4、本发明的系统具有信息维护和扩展功能,实现随风电场规模的增大和运行风电场数量的增加而更新扩充;
5、本发明的系统集数据通讯采集、分析、处理、结果输出于一体;与电力调度系统结合应用,具有很高的实用性。
实施例1:
如图1-2所示,本例的发明提供的一种风电场并网特性在线评价系统,根据国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》的要求和风电场实际运行情况,对风电场正常运行中的并网特性进行在线评价的项目有:有功功率变化率、电压偏差、电压和频率适应性、有功功率调节、无功/电压调节、低电压穿越能力。
所述系统包括:
数据通信单元
(1)与广域测量系统实时通信,采集得到广域测量系统覆盖范围内的秒级风电场并网点实时有功功率、无功功率、电压、频率、风电机组的运行状态信号、风电机组运行状态信号和风速信号。
(2)与调度自动化系统通信,采集得到自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)指令。
(3)采集风电场同步相量测量装置(PMU)数据,得到风电场毫秒级运行数据,包括有功功率、无功功率、电压、无功电流等。
其中,数据源(1)用于风电场有功功率变化率、电压偏差、电压和频率适应性的分析和在线评价;数据源(1)和数据源(2)用于风电场有功功率调节、无功/电压调节性能的在线评价;数据源(1)和数据源(3)用于风电场低电压穿越特性的在线评价。
在线评价算法模块
(1)风电场功率变化率
国标GB/T19963-2011中5.2节要求:
“5.2.1风电场有功功率变化包括1min有功功率变化和10min有功功率变化。在风电场并网以及风速增长过程中,风电场有功功率变化应当满足电力系统安全稳定运行的要求,其限值应根据所接入电力系统的频率调节特性,由电力系统调度机构确定。
5.2.2风电场有功功率变化限值的推荐值见表1,该要求也适用于风电场的正常停机。允许出现因风速降低或风速超出切出风速而引起的风电场有功功率变化超出有功功率变化最大限值的情况。”
表1 正常运行情况下风电场有功功率变化最大限值
风电场装机容量(MW) |
10min有功功率变化最大限值(MW) |
1min有功功率变化最大限值(MW) |
<30 |
10 |
3 |
30~150 |
装机容量/3 |
装机容量/10 |
>150 |
50 |
15 |
评价方法:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点有功功率,计算风电场1分钟和10分钟有功功率上升的变化率,并对照标准,分析风电场有功功率变化率是否满足标准要求。主要方法是采用按照数据采样频率逐一递推的方法,得到风电场每1分钟和10分钟内有功功率的最大值和最小值,计算功率变化率。若此时为电网调度进行功率调节,则不判断功率变化率,否则,根据已知的该风电场容量,判断有功功率变化率是否满足标准要求。
ΔP1/10=max(P1/10)-min(P1/10)
其中,ΔP1/10为有功功率1分钟或10分钟变化率,P1/10为风电场在1分钟或十分钟内的有功功率数据。
(2)电压偏差
国标GB/T19963-2011中8.2节的要求:
“当公共电网电压处于正常范围内时,风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压的97%~107%范围内。”
评价方法:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点电压和风电场公共连接点电压,在风电场公共连接点电压在标称电压的97%~107%范围内时,实时计算并网点电压与标称电压的偏差值,对照国标判断风电场并网点电压偏差是否满足标准要求。
其中ΔU为电压偏差,UPOC为风电场并网点电压,UN为标称电压。
(3)电压和频率适应性
国标GB/T19963-2011中第10章的要求:
电压适应性要求;“10.1.1当风电场并网点电压在标称电压的90%~110%之间时,风电机组应能正常运行;当风电场并网点电压超过标称电压的110%时,风电场的运行状态由风电机组的性能确定。”
频率适应性要求:“10.2风电场应在表3所示电力系统频率范围内按规定运行:
表3 风电场在不同电力系统频率范围内的运行规定”
电压适应性评价:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点的电压、风电机组状态信号和风速信号,若电压在标称电压的90%~110%之间:
风电场内风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足电压适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足电压适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足电压适应性。
频率适应性评价:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点频率、风电机组状态信号、风速信号,按照并网导则的要求,分为以下几种情况进行评价:
(4)频率在49.5Hz~50.2Hz之间
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性。
(5)频率在48Hz~49.5Hz之间,记录频率首次低于49.5HZ的时间,在此后的30min内,
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性。
30min后不考核,可停机也可运行。
(6)频率高于50.2Hz,记录频率首次高于50.2HZ的时间,在此后的5min内,
若风电场内的风电机组状态信号不变或从停机到运行,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速<3m/s或>25m/s,则风电场满足频率适应性;
若风电场内的风电机组状态信号从运行到停机,且风电场风速在3m/s~25m/s之间,则风电场不满足频率适应性。
(7)有功功率调节
国标GB/T19963-2011中5.3节的要求:
“5.3.1在电力系统事故或紧急情况下,风电场应根据电力系统调度机构的指令快速控制其输出的有功功率,必要时可通过安全自动装置快速自动降低风电场有功功率或切除风电场;此时风电场有功功率变化可超出电力系统调度机构规定的有功功率变化最大限值。
5.3.2事故处理完毕,电力系统恢复正常运行状态后,风电场应按调度指令并网运行。”
评价方法:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点有功功率、调度AGC指令,在得到AGC功率调节指令后,记录有功功率调节整个时间区间内的风电场并网点有功功率和AGC调度指令。计算功率控制的响应时间和偏差:
响应时间:以AGC指令时刻为零时刻,计算风电场实际出力与AGC指令的偏差,计算进入±5%风电场额定功率偏差范围的时间,为响应时间。
偏差:响应时间结束后,计算在下一指令到达前或响应时间后10min内的风电场有功功率与AGC指令之间的差值,计算差值的最大值。
风电场有功功率调节的评价指标是:响应时间小于等于120s,偏差不大于5%的风电场额定功率。
(8)无功/电压调节
国标GB/T19963-2011第8.1节要求:
“8.1风电场应配置无功电压控制系统,具备无功功率调节及电压控制能力。根据电力系统调度机构指令,风电场自动调节其发出(或吸收)的无功功率,实现对并网点电压的控制,其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。”
评价方法:
通过广域测量系统(WAMS)得到风电场并网点无功功率、电压、调度AVC指令,在得到AVC功率调节指令后,记录风电场并网点无功功率、电压和AVC调度指令,计算电压/无功调节的响应时间和偏差:
响应时间:以AVC电压指令时刻为零时刻,计算风电场并网点电压与AVC指令的偏差,记录进入电压设定值±0.5%偏差范围的时间,为响应时间。
偏差:响应时间结束后,计算在下一指令到达前或响应时间后10min内的风电场电压与AVC设定值之间的差值,计算差值的最大值。
无功/电压调节的评价指标是:响应时间小于等于30s,偏差不大于电压设定值的0.5%。
(9)低电压穿越能力
国标GB/T19963-2011第9章要求:
“9.1a)风电场并网点电压跌至20%标称电压时,风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。
9.1b)风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时,风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。
9.4总装机容量在百万千瓦级规模及以上的风电场群,当电力系统发生三相短路故障引起电压跌落时,每个风电场在低电压穿越过程中应具有以下动态无功支撑能力:
a)当风电场并网点电压处于标称电压的20%~90%区间内时,风电场通过注入无功电流支撑电压恢复;并自并网点电压跌落出现的时刻起,动态无功电流控制的响应时间不大于75ms,持续时间应不少于550ms的时间。
b)风电场注入电力系统的动态无功电流IT≥1.5×(0.9-UT)IN,(0.2≤UT≤0.9)式中:UT——风电场并网点电压标幺值;IN——风电场额定电流。”
评价方法:
通过采集风电场同步相量测量装置(PMU)数据,得到风电场毫秒级运行数据,包括有功功率、无功功率、电压、无功电流,通过广域测量系统(WAMS)得到风电场内风电机组运行状态信号。在得到电网电压跌落的故障段数据调取要求时,调取该时间内的数据,开展数据计算和评价,包括:
首先计算风电场电压跌落最低值和跌落持续时间,风电场电压低于0.9倍的额定电压时刻为故障开始时刻,图1中t0;故障发生后,风电场电压大于等于0.9倍的额定电压时刻为故障恢复时刻,图1中t1;判断发生电网短路故障后,需要做的有:
1)判断风电场是否脱网:在故障发生后,若风电场任何一台风电机组运行状态信号从运行到停机,则风电场内机组低压保护脱网,显示脱网风电机组的标识,记录风电机组停机数量,显示风电场有故障脱网事故。
2)无功电流注入计算:计算风电场无功电流注入的平均值
利用PMU数据计算有功电流和无功电流分量,可采用相电流和相电压与相电流间的夹角计算:
或采用电压、电流正序分量计算:
其中,IP为有功电流,IQ为无功电流,Ia、Ib、Ic分别为A、B、C相电流, 分别为三相电压与电流的夹角Is为正序电流,为正序电压与正序电流的夹角。
故障期间无功电流注入平均值:故障开始到故障结束无功电流值的平均值
功能管理模块
(1)风电场信息维护。具备维护风电场信息,包括风电场名称、装机容量、所属变电站、风电机组数量等功能,具备添加新增风电场或删除风电场的功能。
(2)变电站信息维护。具备维护变电站信息,包括变电站名称、标称电压等功能,具备添加新增变电站或删除变电站的功能。
(3)数据保存与查询。具有风电场关键性能参数保存、历史数据管理与查询、数据导出的功能,可导出各风电场并网性能参数excel数据文件。
所述系统通过以太网和以太网交换机对电力调度系统平台的工作站、与所述广域测量系统、调度自动化系统通信和风电场同步相量测量装置进行信息交换。
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,所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解: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,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。