CN104793067A - 用于风电场功率调节和电能质量的评估系统及其评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统分析的评估系统及其评估方法，具体涉及一种用于风电场功率调节能力和电能质量的评估系统及其评估方法。本发明的评估系统依据Q/GDW630-2011《风电场功率调节能力和电能质量测试规程》，包括：数据预处理模块、数据采集模块、功率调节能力和电能质量数据分析模块、评估报告生成模块4部分。本发明可基于风电电能质量在线监测或离线监测数据，对测试数据进行自动化处理，实现对风电场功率调节能力和电能质量的评估，并自动出具评估报告，评估方法减少网络数据传输量，减轻网络负担。

Description

用于风电场功率调节和电能质量的评估系统及其评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析的评估系统及其评估方法，具体涉及一种用于风电场功率调节能力和电能质量的评估系统及其评估方法。

背景技术

随着风电场的大规模接入，风电场的功率调节能力和电能质量特性已经成为保证电力系统安全稳定运行和电能质量水平的关键。国家能源局发布的《风电机组并网检测管理暂行办法》规定，所有风电机组并需通过并网检测方可入网。风电机组并网检测内容包括风电机组电能质量、有功功率/无功功率调节能力、低电压穿越能力、电网适应性（包括频率/电压适应性和抗干扰能力）、电气模型验证，具体参数和指标执行现行国家/行业相关标准规定。

随着风电的大规模接入，风电机组并网检测及数据处理分析的工作量日益加大，亟需能够对风电进行长期在线监测和自动化评估的系统，节省工作人员的大量时间和精力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于风电场功率调节和电能质量的评估系统，另一目的是提供一种用于风电场功率调节和电能质量的评估系统的评估方法，可基于风电电能质量在线监测或离线监测数据，对测试数据进行自动化处理，实现对风电场功率调节能力和电能质量的评估，并自动出具评估报告，节省工作人员的大量时间和精力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种用于风电场功率调节和电能质量的评估系统，所述评估系统与风电场的SCADA系统连接，其改进之处在于，所述评估系统包括依次连接的风电场电能质量监测终端、数据采集模块、功率调节能力和电能质量数据分析模块以及评估报告生成模块。

进一步地，所述风电场电能质量监测终端包括依次连接的通信模块、数据预处理模块和数据采集卡，所述数据预处理模块用于提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，减小网络数据传输量；数据预处理的原则包括：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的连续10min序列，如果满足该条件，则随机提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，传输至数据采集模块。

进一步地，所述数据采集模块用于从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统中采集数据；从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式（控制方式是就指有功功率控制曲线，风电场会根据设定的有功功率控制曲线，追踪和调节输出）；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

进一步地，所述功率调节能力和电能质量数据分析模块包括下述五个子模块，分别为：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块和谐波和间谐波子模块；

所述有功功率子模块：用于评估风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下的有功功率变化，包括1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；用于测试在风电场输出功率大于75%额定功率时风电场跟踪设定值运行能力；

有功功率设定值控制包括：

数据输入：0.2s时间间隔的三相有功功率之和P;风电有功功率控制曲线；测试期间风电场内风电机组的运行情况、风电有功功率控制方式、风速和风向；

输出：绘制风电场输出有功功率跟踪设定值变化的曲线；

所述无功功率调节能力子模块：用于评估风电场在并网点电压给定的情况下，在不同有功功率输出情况下（即有功功率输出分别为0-10%、10%-20%……70%-80%额定功率的情况下。）的无功功率调节能力；

所述频率适应性子模块：用于评估风电场内风电机组在不同频率下持续运行的能力；

所述闪变子模块：用于评估风电场的闪变发射水平；

所述谐波和间谐波子模块：用于评估风电场的谐波发射水平。

进一步地，所述评估报告生成模块用于将功率调节能力及电能质量数据分析模块的评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理，评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。

本发明基于另一目的提供的一种用于风电场功率调节和电能质量的评估方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、风电场电能质量监测终端的数据预处理模块对其数据预处理，并将预处理后的数据传输至数据采集模块；

B、数据采集模块从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统中采集数据，并将采集的数据传输至功率调节能力和电能质量数据分析模块；

C、功率调节能力和电能质量数据分析模块对采集的数据进行分析并评估，将评估结果传输至评估报告生成模块；

D、评估报告生成模块评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理。

进一步地，所述步骤A中，数据预处理模块对其数据预处理包括：提取风电场电能质量监测终端5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，提取步骤包括：

a、分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的三相有功功率之和P及其对应时间序列t_0.2s；

b、对每个功率区间内的时间序列判断其是否连续，一个功率区间被分为若干个连续时间段；

c、对于每个连续的时间序列，判断其是否超过10min，并且判断每个功率区间内的10min连续时间段是否超过5个：

如果超过5个，则数据测试合格，随机提取出5个及以上的10min连续时间段数据用于上传至数据采集模块，否则；测试不满足规程，结果无效。

进一步地，所述步骤B中，从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

进一步地，所述步骤C中，所述功率调节能力和电能质量数据分析模块包括下述五个子模块，分别为：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块和谐波和间谐波子模块；

所述有功功率子模块：用于评估风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下的有功功率变化，包括1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；用于测试在风电场输出功率大于75%额定功率时风电场跟踪设定值运行能力；

所述无功功率调节能力子模块：用于评估风电场在并网点电压给定的情况下，在不同有功功率输出情况下（即有功功率输出分别为0-10%、10%-20%……70%-80%额定功率的情况下。）的无功功率调节能力；

所述频率适应性子模块：用于评估风电场内风电机组在不同频率下持续运行的能力；

所述闪变子模块：用于评估风电场的闪变发射水平；

所述谐波和间谐波子模块：用于评估风电场的谐波发射水平。

进一步地，所述有功功率子模块的输入以数据预处理模块中提取出5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P及其对应时间t_0.2s以及测试期间（测试期间指的是测试三相有功功率之和P所经过的总的时间）风电场的风速、风向、风电机组运行情况作为输入；

有功功率子模块中有功功率变化的输出包括下述步骤：

Step1：确定1min有功功率变化P_1min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算0s-60s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0-60s时间段内的1min有功功率变化P_1min；

同样计算0.2s-60.2s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0.2s-60.2s时间段的1min有功功率变化P_1min，即以1min为时间窗，以0.2秒为间隔，计算每个1min时间窗内的P_1min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_1min；

Step2：确定10min有功功率变化P_10min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算每个10min时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为该10min有功功率变化P_10min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_10min；

有功功率变化针对风电场正常运行、风电场并网、风电场正常停机三种工况分别测试。

有功功率设定值控制部分以0.2s时间间隔的三相有功功率之和P，风电有功功率控制曲线和测试期间风电场内风电机组的运行情况、风电有功功率控制方式、风速和风向为输入；

有功功率子模块中有功功率设定值控制的部分输出风电场有功功率跟踪设定值变化的曲线。

进一步地，所述无功功率调节能力子模块以1min时间间隔的三相有功功率之和、三相有功、三相无功、三相并网点线电压作为输入；

无功功率调节能力子模块的输出为分别绘制三相的无功功率、有功功率相对于并网点线电压的曲线，其计算包括下述步骤：

步骤1：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-80%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有10个以上的1min值；分别按照0-10%、10-20%、……70-80%功率区间，提取出相应的1min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其1min功率值P是否超过10个，如果超过10个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

步骤2：绘制有功功率、无功功率相对于并网点电压的变化曲线：对于每一相分别绘制曲线；曲线的横坐标为并网点线电压值，纵坐标为相应的有功功率和无功功率。

进一步地，所述频率适应性子模块以机端电压频率48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz以及风电机组允许最低频率作为输入；

频率适应性子模块以风电机组在不同机端电压频率下的运行时间以及每次测试时风电机组的输出功率、三相电压和三相电流作为输出。

进一步地，所述闪变子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min，长时间闪变值以及风电场停运时的长时间闪变值最大值作为输入；

所述闪变子模块的输出为风电场单独引起的长时间闪变值，其计算包括下述步骤：

I：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%额定功率所有的有功功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的10min值，包括：

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P。然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

II：确定风电场运行时的长时间闪变值（长时间闪变值统计时间规程规定为24h，短时间闪变值统计时间为10min）；

取测试时间段内所有长时间闪变值的最大值P_lt；

III：测量电网背景长时间闪变值P_lt0；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后提出对应时间t_10min内的长时闪变值，取其最大值作为电网背景长时间闪变值P_lt0；如果有风电场停运时的长时间闪变值最大值，则直接利用；

IV：计算风电场单独引起的长时间闪变值P_lt2，P_lt2用下式表示：

$P_{\mathrm{lt}2}=\sqrt[3]{{P_{\mathrm{lt}}}^3-{P_{\mathrm{lt}0}}^3}---1>.$

进一步地，所述谐波和间谐波子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min、风电场运行时的2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压以及风电场停运时连续24h测量的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压作为输入；

谐波和间谐波子模块以风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值作为输出，其计算包括下述步骤：

①：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的有功功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的10min值；

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

②：背景电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后分别提出对应时间t_10min内的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压，分别取其最大值作为电网背景谐波值；如果有风电场停运时的谐波值，则直接利用；

③：取风电场运行时的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

取整个测试周期内的2-25次谐波电流最大值、电流总谐波畸变率最大值和0-800Hz间谐波电压最大值。

④：确定风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

对测试数据做处理，包括检查步骤③中取的各项指标最大值是否对应着风电场有功功率值P接近0（|P|≤0.5）的情况，如果是，则剔除相应数据，取风电场有功功率值P>1时所对应的各项谐波指标最大值作为风电场引起的谐波指标。

进一步地，所述步骤D中，评估报告生成模块将功率调节能力及电能质量数据分析模块的评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理，评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明结合风电场运行现状以及电力系统运行对风电场功率调节和电能质量的要求，提供了一种风电场功率调节能力和电能质量测试评估系统，所述系统能够远程测试和评估风电场并网条件，完善风电并网技术监督与评价机制，以确保风电场并网后能安全、平稳、高效地向电网输出电能，保证电网在风电场投入后的安全可靠运行。风电并网评价系统自动化的实现能够有效提高技术人员的工作效率，符合国家大力推进风电等可再生能源发展的要求。

2、为了全面考察风电场的在各功率段的功率调节能力和电能质量特性，一般测试要求应包含风电场所有功率段，并且对各功率段还有连续测试的要求，因此一般测试周期较长，并且测试得到的数据量较大，将给电网运行和管理人员带来大量的测试和数据分析工作。本发明基于风电电能质量在线监测或离线监测数据，对测试数据进行自动化处理，实现对风电场功率调节能力和电能质量的评估，并自动出具评估报告。将大大减少对风电场功率调节能力和电能质量测试的工作量，为电网运行和管理人员的日常工作服务。

3、上述系统中的数据预处理模块能大幅减少信息传输量，节省网络资源，减轻信息网络的传输压力。

附图说明

图1是本发明提供的用于风电场功率调节和电能质量的评估系统的数据流示意图。

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。

本发明提供了一种用于风电场功率调节能力和电能质量的评估系统，依据Q/GDW630-2011《风电场功率调节能力和电能质量测试规程》，提出了测试数据的处理和分析方法，实现了风电场在线监测和数据自动化分析，并在此基础上提出了减少网络数据传输量，减轻网络负担的方案。

本发明提供的风电场功率调节能力和电能质量评估系统结构如图1所示。该系统包括：依次连接的风电场电能质量监测终端、数据采集模块、功率调节能力和电能质量数据分析模块、评估报告生成模块4部分。风电场电能质量监测终端包括依次连接的通信模块、数据预处理模块和数据采集卡。通信模块通过网络通信，传出数据。数据采集卡用于信号采样。各模块主要功能如下：

1）数据预处理模块：

为了考察风电场在所有功率段的功率调节能力，风电场有功功率的测试应覆盖风电场0%-100%所有的功率区间，并且每10%的功率区间应有5个以上的连续10min序列。风电场有功功率变化包括：1min有功功率变化和10min有功功率变化两类，这两类有功功率变化值均需基于0.2s有功功率测试数据生成。由于以0.2s为时间间隔的数据量非常大，本发明提出在风电场本地做数据预处理来减小网络数据传输量的方法。该预处理过程可通过改进电能质量监测终端的数据统计功能来实现。

数据预处理的原则为：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的连续10min序列，如果满足该条件，则随机提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，上传至数据采集模块用于计算。

2）数据采集模块：

用于从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统（数据采集与监控系统）中采集相关信息。

从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式（控制方式是就指有功功率控制曲线，风电场会根据设定的有功功率控制曲线，追踪和调节输出）；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

3）功率调节能力和电能质量数据分析模块：

该模块包括5个子模块，分别为：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块以及谐波和间谐波子模块。各子模块功能如下：

有功功率子模块：用于评估风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下的有功功率变化，包括1min有功功率变化和10min有功功率变化；用于测试在风电场输出功率大于75%额定功率时风电场跟踪设定值运行能力；

无功功率调节能力子模块：用于评估风电场在并网点电压给定的情况下，在不同有功功率输出情况下的无功功率调节能力；

频率适应性子模块：用于评估风电场内风电机组在不同频率下持续运行的能力；

闪变子模块：用于评估风电场的闪变发射水平；

谐波和间谐波子模块：用于评估风电场的谐波发射水平。

4）评估报告生成模块

依据功率调节能力及电能质量数据分析模块的计算结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理。评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。

本发明还提供一种用于风电场功率调节和电能质量的评估系统的评估方法，包括下述步骤：

A、风电场电能质量监测终端的数据预处理模块对其数据预处理，并将预处理后的数据传输至数据采集模块；

在风电场安装的电能质量监测终端中，加入数据预处理模块，用于提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据。具体提取方法为：

a、分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的三相有功功率之和P及其对应时间序列t_0.2s。

b、然后对每个功率区间内的时间序列判断其是否连续（一个功率区间可被分为若干个连续时间段）；

c、对于每个连续的时间段，判断其是否超过10min，并且判断每个区间内的10min连续时间段是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，随机提取出5个及以上的10min连续时间段数据用于上传至“数据采集模块”，否则测试不满足规程，结果无效。

B、数据采集模块从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统中采集数据，并将采集的数据传输至功率调节能力和电能质量数据分析模块；

用于从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统（数据采集与监控系统）中采集相关信息。

从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式（控制方式是就指有功功率控制曲线，风电场会根据设定的有功功率控制曲线，追踪和调节输出）；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

C、功率调节能力和电能质量数据分析模块对采集的数据进行分析并评估，将评估结果传输至评估报告生成模块；该模块是本系统的核心部分，包括5个子模块：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块、谐波和间谐波子模块。下面分别介绍各模块的具体实施方法：

一、有功功率模块：

有功功率子模块的输入以数据预处理模块中提取出5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P及其对应时间t_0.2s以及测试期间风电场的风速、风向、风电机组运行情况作为输入；

有功功率子模块中有功功率变化的输出包括下述步骤：

Step1：确定1min有功功率变化P_1min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算0s-60s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0-60s时间段内的1min有功功率变化P_1min；

同样计算0.2s-60.2s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0.2s-60.2s时间段的1min有功功率变化P_1min，即以1min为时间窗，以0.2秒为间隔，计算每个1min时间窗内的P_1min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_1min；

Step2：确定10min有功功率变化P_10min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算每个10min时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为该10min有功功率变化P_10min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_10min；

有功功率变化针对风电场正常运行、风电场并网、风电场正常停机三种工况分别测试。

有功功率设定值控制部分以0.2s时间间隔的三相有功功率之和P，风电有功功率控制曲线和测试期间风电场内风电机组的运行情况、风电有功功率控制方式、风速和风向为输入；

有功功率子模块中有功功率设定值控制的部分输出风电场有功功率跟踪设定值变化的曲线。

二、无功功率调节能力子模块：

所述无功功率调节能力子模块以1min时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率、三相并网点线电压作为输入；

无功功率调节能力子模块的输出为分别绘制三相的无功功率、有功功率相对于并网点线电压的曲线，其计算包括下述步骤：

步骤1：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-80%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有10个以上的1min值；分别按照0-10%、10-20%、……70-80%功率区间，提取出相应的1min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其1min功率值P是否超过10个，如果超过10个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

步骤1：绘制有功功率、无功功率相对于并网点电压的变化曲线：对于每一相分别绘制曲线；曲线的横坐标为并网点线电压值，纵坐标为相应的有功功率和无功功率。

三、频率适应性子模块：

所述频率适应性子模块以机端电压频率48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz以及风电机组允许最低频率作为输入；

频率适应性子模块以风电机组在不同机端电压频率下的运行时间以及每次测试时风电机组的输出功率、三相电压和三相电流作为输出。

四、闪变子模块：

所述闪变子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min，长时间闪变值以及风电场停运时的长时间闪变值最大值作为输入；

所述闪变子模块的输出为风电场单独引起的长时间闪变值，其计算包括下述步骤：

I：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的有功功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的10min值，包括：

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P。然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

II：确定风电场运行时的长时间闪变值；

取测试时间段内所有长时间闪变值的最大值P_lt；

III：测量电网背景长时间闪变值P_lt0；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后提出对应时间t_10min内的长时闪变值，取其最大值作为电网背景长时间闪变值P_lt0；如果有风电场停运时的长时间闪变值最大值，则直接利用；

IV：计算风电场单独引起的长时间闪变值P_lt2。

$P_{\mathrm{lt}2}=\sqrt[3]{{P_{\mathrm{lt}}}^3-{P_{\mathrm{lt}0}}^3}---1>.$

五、谐波和间谐波子模块：

所述谐波和间谐波子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min、风电场运行时的2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压以及风电场停运时连续24h测量的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压作为输入；

谐波和间谐波子模块以风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值作为输出，其计算包括下述步骤：

①：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的有功功率区间，并且每

10%的功率区间是否有5个以上的10min值；

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

②：背景电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后分别提出对应时间t_10min内的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压，分别取其最大值作为电网背景谐波值；如果有风电场停运时的谐波值，则直接利用；

③：取风电场运行时的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

取整个测试周期内的2-25次谐波电流最大值、电流总谐波畸变率最大值和0-800Hz间谐波电压最大值。

④：确定风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

对测试数据做处理，包括检查步骤③中取的各项指标最大值是否对应着风电场有功功率值P接近0（|P|≤0.5）的情况，如果是，则剔除相应数据，取风电场有功功率值P>1时所对应的各项谐波指标最大值作为风电场引起的谐波指标。

D、评估报告生成模块评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理。

评估报告生成模块将功率调节能力及电能质量数据分析模块的评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理，评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；风电场最大有功功率变化记录表如下表1所示：

工况	10min最大有功功率变化（MW）	1min最大有功功率变化（MW）
			正常运行
并网
			正常停机

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。

本发明提供了一种用于风电场功率调节能力和电能质量的评估系统，依据Q/GDW630-2011《风电场功率调节能力和电能质量测试规程》，提出了测试数据的处理和分析方法，实现了风电场在线监测和数据自动化分析，并在此基础上提出了减少网络数据传输量，减轻网络负担的方案。

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 (15)

1.一种用于风电场功率调节能力和电能质量的评估系统，所述评估系统与风电场的SCADA系统连接，其特征在于，所述评估系统包括依次连接的风电场电能质量监测终端、数据采集模块、功率调节能力和电能质量数据分析模块以及评估报告生成模块。

2.如权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述风电场电能质量监测终端包括依次连接的通信模块、数据预处理模块和数据采集卡，所述数据预处理模块用于提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，减小网络数据传输量；数据预处理的原则包括：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的连续10min序列，如果满足该条件，则随机提取5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，传输至数据采集模块。

3.如权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述数据采集模块用于从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统中采集数据；从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

4.如权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述功率调节能力和电能质量数据分析模块包括下述五个子模块，分别为：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块和谐波和间谐波子模块；

所述有功功率子模块：用于评估风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下的有功功率变化，包括1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；用于测试在风电场输出功率大于75%额定功率时风电场跟踪设定值运行能力；

所述无功功率调节能力子模块：用于评估风电场在并网点电压给定的情况下，在不同有功功率输出情况下的无功功率调节能力；

所述频率适应性子模块：用于评估风电场内风电机组在不同频率下持续运行的能力；

所述闪变子模块：用于评估风电场的闪变发射水平；

所述谐波和间谐波子模块：用于评估风电场的谐波发射水平。

5.如权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述评估报告生成模块用于将功率调节能力及电能质量数据分析模块的评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理，评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。

6.一种用于风电场功率调节和电能质量的评估方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、风电场电能质量监测终端的数据预处理模块对其数据预处理，并将预处理后的数据传输至数据采集模块；

B、数据采集模块从风电场电能质量监测终端和风电场SCADA系统中采集数据，并将采集的数据传输至功率调节能力和电能质量数据分析模块；

C、功率调节能力和电能质量数据分析模块对采集的数据进行分析并评估，将评估结果传输至评估报告生成模块；

D、评估报告生成模块评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理。

7.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述步骤A中，数据预处理模块对其数据预处理包括：提取风电场电能质量监测终端5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据，提取步骤包括：

a、分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的三相有功功率之和P及其对应时间序列t_0.2s；

b、对每个功率区间内的时间序列判断其是否连续，一个功率区间被分为若干个连续时间段；

c、对于每个连续的时间序列，判断其是否超过10min，并且判断每个功率区间内的10min连续时间段是否超过5个：

如果超过5个，则数据测试合格，随机提取出5个及以上的10min连续时间段数据用于上传至数据采集模块，否则；测试不满足规程，结果无效。

8.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述步骤B中，从电能质量监测终端采集的数据包括：

（1）经过数据预处理后的5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和的数据；

（2）以1min为时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率和三相并网点线电压。

（3）以10min时间间隔的三相有功功率之和及其对应时间，长时间闪变值、2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压；

（4）风电场中单个风机的机端电压频率；

（5）风电场停运时的长时间闪变值最大值、并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

从风电场SCADA系统中采集的数据包括：

1）风电场的风速、风向和风电机组运行情况；

2）风电场有功功率控制方式；

3）风电机组允许最低机端电压频率。

9.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述步骤C中，所述功率调节能力和电能质量数据分析模块包括下述五个子模块，分别为：有功功率子模块、无功功率调节能力子模块、频率适应性子模块、闪变子模块和谐波和间谐波子模块；

所述有功功率子模块：用于评估风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下的有功功率变化，包括1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；用于测试在风电场输出功率大于75%额定功率时风电场跟踪设定值运行能力；

所述无功功率调节能力子模块：用于评估风电场在并网点电压给定的情况下，在不同有功功率输出情况下的无功功率调节能力；

所述频率适应性子模块：用于评估风电场内风电机组在不同频率下持续运行的能力；

所述闪变子模块：用于评估风电场的闪变发射水平；

所述谐波和间谐波子模块：用于评估风电场的谐波发射水平。

10.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述有功功率子模块中评估有功功率变化的部分以数据预处理模块中提取出5个及以上10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P及其对应时间t_0.2s以及测试期间风电场的风速、风向、风电机组运行情况作为输入；

有功功率子模块中有功功率变化的输出包括下述步骤：

Step1：确定1min有功功率变化P_1min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算0s-60s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0-60s时间段内的1min有功功率变化P_1min；

同样计算0.2s-60.2s时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为0.2s-60.2s时间段的1min有功功率变化P_1min，即以1min为时间窗，以0.2秒为间隔，计算每个1min时间窗内的P_1min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_1min；

Step2：确定10min有功功率变化P_10min：对每个10min连续时间段的0.2s三相有功功率之和P的数据序列，计算每个10min时间段内P的最大值和最小值，两者之差即为该10min有功功率变化P_10min；对每个10%功率段都进行上述计算，最后取出所有功率段中最大的P_10min；

有功功率变化针对风电场正常运行、风电场并网、风电场正常停机三种工况分别测试。

有功功率设定值控制部分以0.2s时间间隔的三相有功功率之和P，风电有功功率控制曲线和测试期间风电场内风电机组的运行情况、风电有功功率控制方式、风速和风向为输入；

有功功率子模块中有功功率设定值控制的部分输出风电场有功功率跟踪设定值变化的曲线。

11.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述无功功率调节能力子模块以1min时间间隔的三相有功功率之和、三相有功功率、三相无功功率、三相并网点线电压作为输入；

无功功率调节能力子模块的输出为分别绘制三相的无功功率、有功功率相对于并网点线电压的曲线，其计算包括下述步骤：

步骤1：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-80%所有的功率区间，并且每10%的功率区间是否有10个以上的1min值；分别按照0-10%、10-20%、……70-80%功率区间，提取出相应的1min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其1min功率值P是否超过10个，如果超过10个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

步骤2：绘制有功功率、无功功率相对于并网点电压的变化曲线：对于每一相分别绘制曲线；曲线的横坐标为并网点线电压值，纵坐标为相应的有功功率和无功功率。

12.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述频率适应性子模块以机端电压频率48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz以及风电机组允许最低频率作为输入；

频率适应性子模块以风电机组在不同机端电压频率下的运行时间以及每次测试时风电机组的输出功率、三相电压和三相电流作为输出。

13.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述闪变子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min，长时间闪变值以及风电场停运时的长时间闪变值最大值作为输入；

所述闪变子模块的输出为风电场单独引起的长时间闪变值，其计算包括下述步骤：

I：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%额定功率所有的有功功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的10min值，包括：

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P。然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

II：确定风电场运行时的长时间闪变值；

取测试时间段内所有长时间闪变值的最大值P_lt；

III：测量电网背景长时间闪变值P_lt0；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后提出对应时间t_10min内的长时闪变值，取其最大值作为电网背景长时间闪变值P_lt0；如果有风电场停运时的长时间闪变值最大值，则直接利用；

IV：计算风电场单独引起的长时间闪变值P_lt2，P_lt2用下式表示：

$P_{\mathrm{lt}2}=\sqrt[3]{{P_{\mathrm{lt}}}^3-{P_{\mathrm{lt}0}}^3}---1>.$

14.如权利要求9所述的评估方法，其特征在于，所述谐波和间谐波子模块以10min时间间隔的三相有功功率之和P及其对应时间t_10min、风电场运行时的2次-25次各次谐波电流和0-800Hz间谐波电压以及风电场停运时连续24h测量的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压作为输入；

谐波和间谐波子模块以风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值作为输出，其计算包括下述步骤：

①：判断整个测试时间段内是否涵盖了风电场0%-100%所有的有功功率区间，并且每10%的功率区间是否有5个以上的10min值；

分别按照0-10%、10-20%、……90-100%功率区间，提取出相应的10min功率值P；然后对于每个功率区间，判断其10min功率值P是否超过5个，如果超过5个，则测试合格，数据可用，否则测试不满足规程，结果无效；

②：背景电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压；

如果不满足风电场停运的测试条件，则采取提取0功率段的方式，即提取出风电场输出功率接近0（|P|≤0.5）及其对应时间t_10min，然后分别提出对应时间t_10min内的并网点电压总谐波畸变率、各次谐波电压和间谐波电压，分别取其最大值作为电网背景谐波值；如果有风电场停运时的谐波值，则直接利用；

③：取风电场运行时的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

取整个测试周期内的2-25次谐波电流最大值、电流总谐波畸变率最大值和0-800Hz间谐波电压最大值。

④：确定风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值：

对测试数据做处理，包括检查步骤③中取的各项指标最大值是否对应着风电场有功功率值P接近0（|P|≤0.5）的情况，如果是，则剔除相应数据，取风电场有功功率值P>1时所对应的各项谐波指标最大值作为风电场引起的谐波指标。

15.如权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述步骤D中，评估报告生成模块将功率调节能力及电能质量数据分析模块的评估结果，生成评估报告，用于工作人员分析和日常管理，评估报告包括：

<1>风电场描述：风电场所处位置，装机容量，风电机组构成以及电网连接状况，其中电网连接状况包括电压等级、频率、电压和频率允许的偏差范围；

<2>按照0-10%，10%-20%、……90%-100%额定功率区间，分别给出风电场在正常运行、并网和正常停机三种情况下所有功率段的最大的1min有功功率变化P_1min和10min有功功率变化P_10min；

<3>风电场有功功率跟踪设定值变化曲线；

<4>风电场在机端电压频率分别为48.0Hz、48.5Hz、49Hz、49.5Hz和50.2Hz时的运行时间以及机端电压频率为风电机组允许最低频率时的运行时间；

<5>三相的无功功率相对于并网点线电压的曲线；

<6>三相的有功功率相对于并网点线电压的曲线；

<7>风电场单独引起的长时间闪变值；

<8>风电场引起的谐波电流、电流总谐波畸变率和间谐波电压最大值。