CN105048515A - 用于多风电场并网的调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于多风电场并网的调度方法，包括：步骤1：通过风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电场信息，并将所述风电场信息发送至变电站；步骤2：通过所述变电站对接收到的所述风电场信息进行汇总和处理，得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至调度中心；步骤3：通过所述调度中心根据接收到的所述变电站数据信息发送第一调度指令到变电站；步骤4：通过所述变电站对接收到的所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统，从而控制对风电场的运行进行控制。

Description

用于多风电场并网的调度方法
技术领域
本发明涉及一种用于多风电场并网的调度方法。
背景技术
近年来，美国、欧洲、日本以及中国等各国竞相加大对可再生能源的利用，尤其是风能资源，这引起风电场的数量急剧增长，使风电场的有功出力在电力系统的电源中占有越来越重的比例。风电有功功率的波动对电网调度的运行与决策具有重要意义，其中全面的、实时的风电场信息与可靠的通信通道是保证电网调度指令可靠、安全与准确的重要基础和前提。然而目前电网调度中心仅能获取风电场的有功、无功、电压和电流等电气量和开关状态等状态量信息，实际风电并网有功功率的变动除了受到风速的影响，还与设备检修与故障等于原因相关，因此，单纯的风电并网有功功率波动不能提供调度中心所需的预测信息与风速波动规律，需要全面的、详细的、实时的风电场信息为电网调度中心的运行与决策提供可靠的依据。
目前的风机信息采集后直接传输至调度中心，由于各风电场由多台风电机组成，所以随着并网风电场的数量逐渐增多，会造成调度中心接收的风电机组信息数据过于庞大，并且所传输的风电机组信息并不能满足调度中心有功和无功控制决策的需求。
目前风电场信息与调度信息通过光纤通信通道进行交互。由于风电场的数量日益增多且在地理分布上具有分散性特点，因此，所有风电场都铺设光纤到调度中心的通信通道建设方案具有难度大、投资高和扩展性差等缺点，同时，风电场数据直接上传至调度中心的方案会导致通信通道需要传输海量的信息到调度中心，将无法满足分布式风电接入系统产生的大数据量传输需求。专利文献号为CN101498927A的中国专利“风电场群中央综合监控系统”，公开了一种基于地理信息系统系统和数据采集与监视控制系统所构建的风电场群中央监控系统，是通过将各主要功能模块集成在中央监控平台上实现各项监控功能。专利文献号为CN201369575Y的中国专利“一种风电调度决策支持装置”，公开了一种风电调度决策支持装置，是利用网络实时采集风电场的相关数据，并存入EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务器，进而计算电网的调峰方案，以此确定各个风电场的风电机组的运行状态和上网功率。以上专利文献虽然可以保证所传输的所有风电场系统的信息完整性，但均未考虑当大量风电场并网与调度中心进行通信时，大量的数据传输会造成通信过程中数据传输效率较低，另外，还会导致调度中心信息处理量过大，提高了调度中心的运算量和运算复杂度。
另外，传统方式采用光纤技术建立风电场与调度中心的通信通道，对于每个风电场均需要与调度中心建立一条光纤通信通道，从而使得通信通道的建设成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，现有技术在为了保证传输所有风电场系统的信息完整性，而风电场侧与调度中心数据传输量过大，导致数据传输效率较低，且使得调度中心的运算量较大和运算复杂性较高，系统建设成本较高，从而提出一种保证传输所有风电场系统的信息完整性的同时，能够降低并网后的风电场与调度中心数据传输量，减少调度中心的运算量和降低调度中心运算复杂度的，建设成本较低的用于多风电场并网的调度方法和系统。
为了实现上述目的，本发明的用于多风电场并网的信息采集方法，包括：
步骤1：通过风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电机组信息，并整合为风电场信息后发送至变电站；
步骤2：通过所述变电站对接收到的所述风电场信息进行汇总和处理，得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至调度中心。
上述的信息采集方法，所述风电场信息包括：风电场有功功率信息，风电场有功功率上限信息和风电场有功功率下限信息，风电场预测有功功率信息，和风电场无功补偿容量信息；所述变电站数据信息包括：变电站有功功率信息、变电站有功功率上限信息、变电站有功功率下限信息、变电站预测有功功率信息、和变电站无功补偿容量信息；
其中，所述变电站有功功率为与该变电站相关联的风电场的各所述风电场有功功率之和；所述变电站有功功率上限为与该变电站相关联的风电场的所述风电场有功功率上限之和；所述变电站有功功率下限为与该变电站相关联的风电场的风电场有功功率下限之和；所述变电站预测有功功率为与该变电站相关联的风电场的所述风电场预测有功功率之和；所述变电站无功补偿容量为与该变电站相关联的风电场的所述风电场无功补偿容量之和。
本发明又提出了一种用于多风电场并网的调度方法，其中，包括：
步骤1：通过风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电机组信息，并整合为风电场信息后发送至变电站；
步骤2：通过所述变电站对接收到的所述风电场信息进行汇总和处理，得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至调度中心；
步骤3：通过所述调度中心根据接收到的所述变电站数据信息发送第一调度指令到变电站；
步骤4：通过所述变电站对接收到的所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统，从而控制对风电场的运行进行控制。
上述的调度方法，所述风电场信息包括：风电场有功功率信息，风电场有功功率上限信息和风电场有功功率下限信息，风电场预测有功功率信息，和风电场无功补偿容量信息；所述变电站数据信息包括：变电站有功功率信息、变电站有功功率上限信息、变电站有功功率下限信息、变电站预测有功功率信息、和变电站无功补偿容量信息；其中，所述变电站有功功率为与该变电站相关联的风电场的各所述风电场有功功率之和；所述变电站有功功率上限为与该变电站相关联的风电场的所述风电场有功功率上限之和；所述变电站有功功率下限为与该变电站相关联的风电场的风电场有功功率下限之和；所述变电站预测有功功率为与该变电站相关联的风电场的所述风电场预测有功功率之和；所述变电站无功补偿容量为与该变电站相关联的风电场的所述风电场无功补偿容量之和；所述调度中心根据全网有功功率调节总量，生成第一调度指令，从而对各变电站的有功功率进行分配；所述变电站基于所述调度中心所分配的变电站的有功功率，生成所述第二调度指令，从而对与其相关联各个风电场的有功功率进行分配。
本发明还提出了一种用于多风电场并网的调度系统，其中，包括至少一个调度中心，若干个所述变电站；若干个所述风电场监控系统；若干个风电场的信息采集终端设备；
其中，每个所述风电场监控系统与同一风电场的若干个所述信息采集终端设备进行通信；每个所述变电站与若干个所述风电场监控系统进行通信，而每个所述风电场监控系统与一个所述变电站进行通信；每个所述调度中心与若干个所述变电站进行通信，而每个所述变电站与一个所述调度中心进行通信；
其中，所述风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电机组信息，并整合为风电场信息后发送至所述变电站；所述变电站对所述风电场信息进行汇总和处理得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至所述调度中心；所述调度中心根据接收到的所述变电站数据信息发送第一调度指令到变电站，所述变电站对所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统，从而控制对风电场的运行进行控制。
上述的调度系统，其中，所述风电场信息包括：风电场有功功率信息，风电场有功功率上限信息和风电场有功功率下限信息，风电场预测有功功率信息，和风电场无功补偿容量信息；所述变电站数据信息包括：变电站有功功率信息、变电站有功功率上限信息、变电站有功功率下限信息、变电站预测有功功率信息、和变电站无功补偿容量信息；其中，所述变电站有功功率为与该变电站相关联的风电场的各所述风电场有功功率之和；所述变电站有功功率上限为与该变电站相关联的风电场的所述风电场有功功率上限之和；所述变电站有功功率下限为与该变电站相关联的风电场的风电场有功功率下限之和；所述变电站预测有功功率为与该变电站相关联的风电场的所述风电场预测有功功率之和；所述变电站无功补偿容量为与该变电站相关联的风电场的所述风电场无功补偿容量之和；所述调度中心根据全网有功功率调节总量，生成第一调度指令，对各变电站的有功功率进行分配；所述变电站基于所述调度中心所分配的变电站的有功功率，对与其相关联各个风电场的有功功率进行分配。
上述的调度系统，其中，所述变电站通过3G通信通道与所述风电场监控系统进行通信。
上述的调度系统，所述调度中心通过光纤与所述变电站进行通信。
上述的调度系统，所述风电场监控系统通过内部通信通道与所述信息采集设备进行通信，通过遥信、遥测命令收集各种数据信息，并将数据信息储存在系统服务器中以便于查询和使用。
上述的调度系统，还包括：变电站服务器，用于存储所述变电站处理得到的所述变电站数据信息；以及调度中心服务器，用于存储所述调度中心接收到的所述变电站数据信息。
上述的调度系统，其中，所述信息采集终端设备包括：气象信息采集终端，用于采集气象信息；电气量采集终端，用于采集风电场电力网络的电气量信息；开关量采集终端，用于采集开关量信息；设备状态信息采集终端，用于采集设备状态信息；报警信息采集终端，用于采集报警信息；图像信息采集终端，用于采集图像信息；和主控系统参数监控终端，用于采集主控系统参数。
本发明的信息采集方法、调度方法和系统相对于现有技术具有以下技术效果：
1.对于传统的信息采集方法，在大量风电场采用分布式形式接入电网之后，调度中心需要处理更多的信息以及更多的决策变量，使得调度中心主站的算法与运算压力不断增大。本发明的所述信息采集方法，其中，通过风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电场信息，并将所述风电场信息发送至变电站；通过所述变电站对接收到的所述风电场信息进行汇总和处理，得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至调度中心；以上步骤增加了通过变电站对大量风电场信息进行预处理，得到关于变电站的数据信息，然后再将该数据信息发送给调度中心，保证了传输所有风电场系统的信息完整性的同时，一方面可以减少调度中心的信息接收量从而减少降低数据传输量提高数据传输效率，另一方面又显著降低了调度中心的运算量与运算复杂度。
2.本发明的调度方法和系统，其中，通过所述变电站对接收到的所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统，从而控制对风电场的运行进行控制。在这种设计调度中心只发送指针其下级的变电站进行指令，相对于现有技术中调度中心需要下发针对大量风电场监控系统的调度指令而言，调度中心的信息处理压力得到了大大的减轻。
3.通常情况下风电场监控系统和变电站均处于风电场侧，距离调度中心较远，当采用一个调度中心对大量的风电场监控系统和变电站进行管理和调度时，变电站与调度中心间采用光纤的方式进行通信，可以大大提高通信效率，提高信息采集和调度的实时性。
另外，传统的方式采用光纤技术建立风电场与调度中心的通信通道，对于每个风电场均需要与调度中心建立一条光纤通信通道，而通信通道的建设将会造成资源浪费。本发明只采用一条光纤通信通道，可以大大地节省通信成本。
4.通常情况下风电场监控系统和变电站均处于风电场侧，而两者相距不远，因而，通过3G通信通道实现两者间的数据传输，相对于采用光纤通信而言可以大大减低了通信成本。
下面结合说明书附图对本发明的技术方案再进一步地阐述，使本领域的技术人员更好地理解本发明。
图1为多风电场并网的调度系统框架结构图；
图2为风电场调度系统框架结构图。
其中，1为风电场监控系统，2为3G通信通道，3为变电站，4为光纤通信通道，5为调度中心，6为风电场内部通信通道，7为气象信息采集终端，8为电气量采集终端，9为开关量采集终端，10为设备状态信息采集终端，11为报警信息采集终端，12为图像信息采集终端，13为主控系统参数监控终端。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的用于多个风电场并网的调度系统包括调度中心5、变电站3、风电场监控系统1以及风电场的各种信息采集终端设备。
所述调度中心5通过光纤通信通道4与多个变电站3相互通信。单个变电站3通过3G通信通道2与多个风电场监控系统1相互通信。对于某一个风电场监控系统1来说，它仅属于唯一的一个变电站3。
所述调度中心5通过光纤通信通道4与变电站3进行通信，用于接收变电站上传的、处理后的多个风电场信息，并下送调度命令到变电站3。
所述变电站3通过3G通信通道2与该区域的多个风电场监控系统1进行通信，用于接收风电场发送来的数据信息，对大量风电场数据信息进行汇总和处理，并通过优选为光纤通信通道3的通信方式将处理后的数据信息发送至调度中心5；所述变电站3接收调度中心5的调度指令，将调度指令下发给各个风电场监控系统1。
所述风电场监控系统1通过优选为3G通信通道2的通信方式与相应的变电站3互相通信，用于发送风电场的数据信息到变电站3，并接收从变电站3发送的调度指令，且根据调度指令调整风电场的运行方式；所述风电场监控系统1通过风电场内部通信通道6与各种信息采集终端设备通信，通过遥信、遥测命令收集信息采集终端设备的各种数据信息。
如图2所示，所述风电场的各种信息采集终端设备主要包括气象信息采集终端7、电气量采集终端8、开关量采集终端9、设备状态信息采集终端10、报警信息采集终端11、图像信息采集终端12和主控系统参数监控终端13；所述风电场的各种信息采集终端设备通过风电场内部通信通道6将数据信息发送至风电场监控系统1。
同一区域的多个风电场监控系统1将其收集到的数据信息通过3G通信通道2上传至该地区的变电站3并进行初步地处理和分析。处理后的数据信息通过光纤通信通道4上传至调度中心5。
调度中心5下发的调度指令首先通过光纤通信通道4发送至变电站3。变电站3对调度指令进行处理，并通过3G通信通道2分发给相应的风电场监控系统1，完成相应的调度操作。
本实施例的工作过程如下所述：
下面以上传多个风电场的气象数据信息到调度中心的过程为例，对本发明做进一步说明。首先，气象信息采集终端7将采集到的气象数据信息通过风电场内部通信通道6上传至风电场监控系统1；风电场监控系统1将气象数据信息存入其系统服务器。然后，同一地区多个风电场的监控系统通过优选为3G通信通道的通信方式将气象数据信息上传到该风电场群所在地区的变电站3；变电站3对所有风电场上传来的气象数据信息进行汇总和处理，并将处理后的数据信息存入其系统服务器。最后，变电站3将处理后的气象数据信息通过优选为光纤通信通道4的通信方式上传至调度中心5；调度中心5对气象数据信息进行分析，为调度与运行提供参考资料，并将接收的气象数据信息存入其系统服务器，至此完成了多个风电场气象数据信息的上传。
下面以调度中心下发调度指令的过程为例，对本发明做进一步说明。首先，调度中心的工作人员根据调度中心5提供的各种数据信息发出调度指令，调整某一风电场的运行方式；调度指令通过优选为光纤通信通道的通信方式下发到相应的变电站3。然后，变电站根据调度指令的对象和优选级进行处理，通过优选为3G通信通道2的通信方式发送到相应的风电场监控系统。最后，风电场相关设备在监控系统的控制作用下响应调度指令并改变运行方式，至此调度操作完成。
所述信息采集终端设备优选为包括：气象信息采集终端，用于采集气象信息；电气量采集终端，用于采集风电场电力网络的电气量信息；开关量采集终端，用于采集开关量信息；设备状态信息采集终端，用于采集设备状态信息；
报警信息采集终端，用于采集报警信息；图像信息采集终端，用于采集图像信息；和主控系统参数监控终端，用于采集主控系统参数。
上述气象信息可以包括风速、风向、温度、湿度、雨量和气压，除了上述气象信息还可以上传包括风电场电力网络的电气量信息、开关量信息、设备状态信息、报警信息、图像信息和主控系统参数信息的一种或几种。
本实施例的调度方法和系统相对于现有技术增加了通过变电站对大量风电场信息进行预处理，得到关于变电站的数据信息，然后再将该数据信息发送给调度中心，一方面可以减少调度中心的信息接收量从而减少降低数据传输量提高数据传输效率，另一方面又显著降低了调度中心的运算量与运算复杂度。
实施例2
如图1所示的用于多风电场并网的调度系统，包括一个调度中心5，若干个所述变电站3；若干个所述风电场监控系统1；若干个风电场的信息采集终端设备；其中，每个所述风电场监控系统1与同一风电场的若干个所述信息采集终端设备进行通信；每个所述变电站3与若干个所述风电场监控系统1进行通信，而每个所述风电场监控系统1与一个所述变电站3进行通信；所述调度中心5与若干个所述变电站3进行通信。
所述风电场监控系统1接收由若干个所述信息采集终端设备发送来的风电机组信息，并整合为风电场信息后发送至变电站3；所述风电场信息优选为包括：风电场有功功率信息，风电场有功功率上限信息和风电场有功功率下限信息，风电场预测有功功率信息，和风电场无功补偿容量信息；
所述变电站3对所述风电场信息进行汇总和处理得到相应的变电站数据信息，其中，所述变电站数据信息包括：变电站有功功率信息、变电站有功功率上限信息、变电站有功功率下限信息、变电站预测有功功率信息、和变电站无功补偿容量信息；所述变电站有功功率为与该变电站相关联的风电场的各所述风电场有功功率之和；所述变电站有功功率上限为与该变电站相关联的风电场的所述风电场有功功率上限之和；所述变电站有功功率下限为与该变电站相关联的风电场的风电场有功功率下限之和；所述变电站预测有功功率为与该变电站相关联的风电场的所述风电场预测有功功率之和；所述变电站无功补偿容量为与该变电站相关联的风电场的所述风电场无功补偿容量之和。
即：风电场有功功率：pfarm＝∑pi，其中，pfarm为风电场有功功率，pi为第i台机组有功功率，i为风电场机组台数。
风电场有功功率上限和风电场有功功率下限分别为：pfarm,max和pfarm,min；
风电场预测有功功率为：pfarm,for；
风电场无功补偿容量为：qfarm。
变电站有功功率为：psub＝∑pfarm,j，其中pfarm,j为第j个风电场有功功率。
变电站有功功率上限和变电站有功功率下限分别为：
psub,max＝∑pfarm,max,j和psub,max＝∑pfarm,min,j；
变电站预测有功功率为：psub,for＝∑pfarm,for,j；
变电站无功补偿容量为：qsub＝∑qfarm,j。
并将所述变电站数据信息发送至所述调度中心5；所述调度中心5根据接收到的所述变电站数据信息发送第一调度指令到变电站3，所述变电站3对所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统1，从而控制对风电场的运行进行控制，即通过调度中心5进行有功和无功的控制。
其中，调度中心根据全网有功功率调节总量，生成所述第一调度指令，从而对各变电站的有功功率进行分配。有功功率分配算法具体为如下所述：
Δpsub,j＝ΔP/∑psub,j
其中，ΔP为全网有功功率调节量，Δpsub,i为变电站j有功功率值。
变电站基于调度中心所分配的变电站的有功功率，生成所述第二调度指令，对与其相关联的各个风电场的有功功率进行分配。有功功率分配算法具体为如下所述：
Δpfarm,i＝Δpsub/∑pfarm,i
其中，Δpsub为变电站有功功率调节量，pfarm,i为第i个风电场实际有功功率值。
在本实施例中，调度中心5只会得到下属各变电站3自身的调度工作所需信息，并不接收变电站3下级的来自于风电场监控系统的与风电场调度相关信息，也不接收风电场下级的风电机组信息。
所述分布式调采集系统既保证了所有风电场系统的信息完整性，同时兼顾了调度中心的信息处理复杂度问题。按照传统的集中调度模式，在大量风电场采用分布式形式接入电网之后，调度中心需要处理更多的信息以及更多的决策变量，使得调度中心主站的算法与运算压力不断增大。所述调度采集系统利用所述变电站对大量的风电场信息进行预处理，再将预处理过后的信息提供至调度中心主站，显著降低了调度中心主站的运算量与运算复杂度。
作为可变换的一种实施方式所述变电站优选为通过3G通信通道2与所述风电场监控系统1进行通信；所述调度中心5优选通过光纤通信通道4与所述变电站3进行通信。所述风电场监控系统1通过内部通信通道与所述信息采集设备进行通信，通过遥信、遥测命令收集各种数据信息，并将数据信息储存在系统服务器中以便于查询和使用。
作为另一种可变实施方式，本系统还可以包括变电站服务器，用于存储所述变电站处理得到的所述变电站数据信息；以及调度中心服务器，用于存储所述调度中心接收到的所述变电站数据信息。
如图2所示，所述信息采集终端设备优选为包括：气象信息采集终端7，用于采集气象信息；电气量采集终端8，用于采集风电场电力网络的电气量信息；开关量采集终端9，用于采集开关量信息；设备状态信息采集终端10，用于采集设备状态信息；报警信息采集终端11，用于采集报警信息；图像信息采集终端12，用于采集图像信息；和主控系统参数监控终端13，用于采集主控系统参数。
上述实施例中，在调度中心与风电场监控系统间仅仅设有一级变电站，而本发明还可以根据风电场监控系统的数量、有功和无功功率上限和下限、以及变电站的有功和无功功率上限和下限来确定变电站的数量，然而随着同一级变电站数量的增加，其与调度中心进行直接通信的数据量将随之增大，为了提高传输效率，以及减少调度中心信息处理量，本发明还可以扩展为在调度中心和风电场监控系统间设置多级变电站的架构，并基于本发明上述的信息采集方法，和调度方法相同原则前提下，进行相应信息采集工作和调度工作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种用于多风电场并网的调度方法，其特征在于包括：
步骤1：通过风电场监控系统接收由若干个信息采集终端设备发送来的风电机组信息，并整合为风电场信息后发送至变电站；
步骤2：通过所述变电站对接收到的所述风电场信息进行汇总和处理，得到变电站数据信息，并将所述变电站数据信息发送至调度中心；
步骤3：通过所述调度中心根据接收到的所述变电站数据信息发送第一调度指令到变电站；
步骤4：通过所述变电站对接收到的所述第一调度指令进行处理，并发送第二调度指令到相应的所述风电场监控系统，从而控制对风电场的运行进行控制；
其中，所述风电场信息包括：风电场有功功率信息，风电场有功功率上限信息和风电场有功功率下限信息，风电场预测有功功率信息，和风电场无功补偿容量信息；
所述变电站数据信息包括：变电站有功功率信息、变电站有功功率上限信息、变电站有功功率下限信息、变电站预测有功功率信息、和变电站无功补偿容量信息；
其中，所述变电站有功功率为与该变电站相关联的风电场的各所述风电场有功功率之和；所述变电站有功功率上限为与该变电站相关联的风电场的所述风电场有功功率上限之和；所述变电站有功功率下限为与该变电站相关联的风电场的风电场有功功率下限之和；所述变电站预测有功功率为与该变电站相关联的风电场的所述风电场预测有功功率之和；所述变电站无功补偿容量为与该变电站相关联的风电场的所述风电场无功补偿容量之和；
所述调度中心根据全网有功功率调节总量，生成所述第一调度指令，从而对各变电站的有功功率进行分配；
所述变电站基于所述调度中心所分配的变电站的有功功率，生成所述第二调度指令，从而对与其相关联各个风电场的有功功率进行分配。
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