CN113964862A - 一种新能源电站感知控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电站感知控制系统和方法，该种感知控制系统包括站控装置、测控终端和监视服务器，站控装置与若干测控终端连接，测控终端用于采集新能源机组的电气量信息数据以及变压器开关位置信号，并对新能源机组的运行状态进行判定；站控装置用于接收测控终端发送的新能源机组的电气量信息数据和新能源机组的运行状态判定结果，并对每个新能源机组进行动态脱网判定，监视服务器用于存储并展示测控终端采集的电气量信息数据，还能够用于对测控终端配置管理。该种感知控制系统和方法能够全面提升对新能源机组感知、控制能力，还能够对新能源机组故障过程实时跟踪。

Description

一种新能源电站感知控制系统和方法
技术领域
本发明属于电力系统运行控制领域，具体涉及一种新能源电站感知控制系统和方法。
背景技术
虽然风电、光伏等新能源产业发展快速，但是新能源的管控与常规电源的管控存在差距，感知手段不足，不能精确监测新能源运行工况，特别是暂态运行工况，诸如包括有功功率、无功功率和谐波含量等电气量；无法判断故障机组过程动作行为，包括低电压穿越、高电压穿越和脱网运行等动作行为；事故后动作评估及分析也存在缺陷，对事故产生的原因及事故的动作过程没有进行追溯。控制手段少且粗放，新能源发电单元可切机总量无法全局性掌控，新能源脱网量无法实时掌握，无法准确采取控制措施。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种新能源电站感知控制系统；本发明的第二目的在于提供一种新能源电站感知控制方法。
技术方案：本发明所述的一种新能源电站感知控制系统，新能源电站包括若干新能源机组，每个新能源机组通过变压器与并网母线连接，站控装置与若干测控终端连接，测控终端用于采集新能源机组的电气量信息数据以及变压器开关位置信号，并对新能源机组的运行状态进行判定；站控装置用于接收测控终端发送的新能源机组的电气量信息数据和新能源机组的运行状态判定结果，并对每个新能源机组进行动态脱网判定。
优选的，站控装置与电网稳控系统连接，站控装置接收全部新能源机组动态脱网判定结果，并计算整站的脱网损失功率；电网稳控系统接收站控装置发送的整站脱网损失功率，并向站控装置发送稳定系统功率动作指令。站控装置还能够接收电网稳控系统的功率动作指令，并根据各个新能源机组的运行状态完成功率的分配，并将各个新能源机组的调控策略下发至对应新能源机组。
优选的，若干测控终端与一条光纤环网连接，光纤环网接入汇集交换机，所述的汇集交换机与站控装置连接。
进一步的，测控终端布置在新能源发电机组的变压器低压侧，变压器低压侧与新能源机组的输出端连接；测控终端不仅能够采集新能源机组的机端电压、电流、功率和q轴电流数据等电气量信息数据以及变压器的开关位置信号，还能对新能源机组的宽频震荡信息进行采集。测控终端具备环网通信能力，不需要外加环网交换机，利用电站现有光缆可自组光纤环网，通过光纤组成多个光纤环网，全部测控终端通过与不同的光纤环网连接而分为多组接入汇集交换机，通过汇集交换机与站控装置和监视服务器互联互通。
进一步的，测控终端与站控装置采用快速通信协议，通信触发机制为变位发送和最大等待间隔发送结合，最大等待间隔不超过10ms，通信内容还包括：实时功率值、可调功率值以及新能源机组运行状态。
进一步的，监视服务器布置在新能源场站的监控室，监视服务器与测控终端采用常规电力系统常规通信方式，其一方面可对测控终端进行配置管理，另一方面具备对测控终端的运行监视功能。配置管理包括但IP配置、定值管理、软件升级等；运行监视功能包括电气信息展示，运行告警，SOE查询，稳态及故障录波查询等功能。
进一步的，测控终端还具备接收站控装置控制命令并执行的功能，对于控制性能满足稳控要求的机组，可以通过多种协议向新能源机组下发功率控制指令；对于控制性能不满足稳定控制要求的机组，可控制变压器直接跳开低压开关。
本发明所述的一种新能源电站感知控制方法，该方法包括步骤如下：
(1)获取新能源机组的机端电压、电流、功率和q轴电流数据；获取与新能源机组连接的变压器的开关位置信号；
(2)对该能源机组处于投运状态或停运状态进行判定；
(3)对投运状态的新能源机组是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定；
(4)对新能源机组是否处于主动脱网状态进行识别，统计全部新能源机组脱网损失功率；
(5)依据功率调控动作指令和新能源机组的运行状态对每个新能源机组的调控功率进行分配。
优选的，步骤2中对新能源机组处于投运状态或停运状态进行判定的方法如下：
当新能源机组在时间Tty内持续同时满足机端电流IT大于投运电流定值Ity_set、新能源机组输出的有功功率Pout大于投运功率定值Ptyset以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于投运状态，否则判定该新能源机组处于停运状态。
优选的，步骤3中对新能源机组是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定的方法如下：
当新能源机组在时间Tlv内持续同时满足机端电压UT小于低电压定值Ulv_set、机端q轴电流Iq大于判低穿q轴电流定值Iq_lv_set、新能源机组输出的无功功率Qout大于零以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于低电压穿越运行状态；
当新能源机组在时间Thv内持续同时满足机端电压UT大于高电压定值Uhv_set、机端q轴电流Iq大于判高穿q轴电流定值Iq_hv_set、新能源机组输出的无功功率Qout为负以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于高电压穿越运行状态。
优选的，步骤4中对新能源机组是否处于主动脱网状态进行识别的方法如下：
当新能源机组在时间Thv内持续任意满足：接收同步启动命令、并网点测量电压值UPCC小于判低穿定值Ulv_set、并网点测量电压值UPCC大于判高穿定值Uhv-_set、并网点测量电压滑差值dupcc/dt大于电压滑差定值dupcc/dtset、并网点测量频率滑差值dfpcc/dt大于频率滑差定值df/dtset、并网点测量功率突变量Δppcc大于功率突变量定值Δpset，则判定新能源机组动态启动并进行动态脱网判定；
如果动态启动前新能源机组处于投运状态，且动态启动后新能源机组处于停运状态，则判定该新能源机组主动脱网。
进一步的，步骤4中判低穿q轴电流定值Iq_lv_set和判高穿q轴电流定值Iq_hv_set大小根据测量的电压大小自动调整，具体调整公式如下：
Figure BDA0003289799240000031
Figure BDA0003289799240000032
其中，In为新能源机组的额定电流，U为终端测量电压的标幺值。
进一步的，步骤4中对新能源机组判定动态启动后，持续采集该新能源机组在后续设定时间段内的三相电压、电流和频率等数据，用于工作人员在新能源机组出现脱网、高电压穿越、低电压越或者故障发生后分析机组运行状态的变化。
进一步的，步骤5中当新能源机组的控制性能满足稳控要求时，新能源机组按照接收到的功率调控指令对输出攻略进行调整，当新能源机组的控制性能不满足稳控要求时，按照指令直接跳开变压器开关，断开与电网连接。
本发明所述的一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述任一新能源电站感知控制方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过对风电发电单元、光伏电站等新能源机组的机端电气量、开关量信息进行实时采集，利用快速通信方法，全面提升对新能源机组感知、控制能力，达到对新能源电站系统全景可观、可控的目标。同时对新能源机组的状态感知遍及新能源机组发生事故前、事故中、事故后的全过程，实现新能源机组故障过程实时跟踪、可控资源池监视等功能。
附图说明
图1是本发明中新能源电站感知控制系统示意图；
图2是本发明中测控终端结构示意图；
图3是本发明中新能源机组主动脱网判定流程图；
图4是本发明中新能源机组动态启动判定逻辑示意图；
图5是本发明中新能源机组主动脱网判定逻辑示意图；
图6是本发明具体实施例中设备部署示意图；
图7是本发明具体实施例中系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
采用典型风电场作为实施例，如图6和图7所示，风电场包含60台风机，每台风机通过低压箱式变压器接入馈线，60台风机分成4条馈线接入升压变压器，测控终端部署在箱式变压器低压侧，站控装置部署在风电场保护室，监视服务器部署在风电场集控室。
60台测控终端通过4条光纤环网接入集中交换机，测控终端之间不需要额外配置环网交换机，利用电站现有光纤完成环网连接，进行信息交互，多条光纤环网通过集中交换机与站控装置及监视服务器连接，确保全部测控终端与站控装置及监视服务器数据互通，站控装置与电网稳控系统连接。
如图2所示，测控终端内包括电压、电流及开关采样模块、电气量计算模块、宽频振荡分析模块、录波模块、机组运行状态判断模块、出口逻辑判断模块和通讯模块。其中电压、电流及开关采样模块用于采集对式变压器低压侧的三相电压、电流及开关位置信号，电气量计算模块用于计算得到每台风机的机端电压、电流、功率、q轴电流，通讯模块用于与光纤环网连接。
利用上述系统对风电场内60台风机进行感知控制，具体流程如下：
步骤1，通过每台测控终端采集对应箱式变压器低压侧电气量信息，并计算得到每台风机的机端电压、电流、功率、q轴电流；结合箱式变压器开关位置信号，测控终端内的机组运行状态判断模块能够判断与该测控终端连接的发电风机是否处于投运运行状态，并进一步判定该发电风机是否处于低电压穿越运行状态或者高电压穿越运行状态，并将测量和判断信息上送至站控装置。
对发电风机处于投运状态或停运状态进行判定的方法如下：
当发电风机在时间Tty内持续同时满足机端电流IT大于投运电流定值Ity_set、发电风机输出的有功功率Pout大于投运功率定值Ptyset以及与发电风机连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该发电风机处于投运状态，否则判定该发电风机处于停运状态。本实施例中，Ity_set取0.05In、Pout取0.05Pn、Tty取40ms；In为发电风机的额定电流，Pn为发电风机的额定功率。
对发电风机是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定的方法如下：
当发电风机在时间Tlv内持续同时满足机端电压UT小于低电压定值Ulv_set、机端q轴电流Iq大于判低穿q轴电流定值Iq_lv_set、发电风机输出的无功功率Qout大于零以及与发电风机连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该发电风机处于低电压穿越运行状态；本实施例中，Ulv_set标幺值取0.9、Tlv取20ms、Iq_lv_set的大小按如下公式计算：
Figure BDA0003289799240000051
其中，In为发电风机的额定电流，U为测量电压标幺值。
当发电风机在时间Thv内持续同时满足机端电压UT大于高电压定值Uhv_set、机端q轴电流Iq大于判高穿q轴电流定值Iq_hv_set、发电风机输出的无功功率Qout为负以及与发电风机连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该发电风机处于高电压穿越运行状态。本实施例中，Ulv_set标幺值取0.91.1，Thv取20ms，定值Iq_hv_set大小根据测量的电压大小自动调整，具体调整方式，如下公式：
Figure BDA0003289799240000061
其中，In为发电风机的额定电流，U为测量电压标幺值。
本实施例中，测控终端与光纤环网连接，光纤环网通过集中交换机与站控装置连接，测控终端与站控装置之间的通信采用快速通信协议，其触发机制结合采用变位发送和最大等待间隔发送，最大等待间隔不宜超过10ms；测控终端向站控装置发送的通信内容包括：发电风机的机端电压、电流、功率和q轴电流、发电风机的功率振荡状态、发电风机的运行状态、机组的高电压穿越状态和机组的低电压穿越状态等。
步骤2，如图3所示，站控装置接收到每台发电风机的电气运行数据和运行状态判定结果后，对每台发电风机是否处于主动脱网状态进行识别，而对脱网状态进行识别之别之前首先要对发电风机进行动态启动判断，如图4所示，具体如下：
当发电风机在时间Thv内持续任意满足：接收同步启动命令、并网点测量电压值UPCC小于判低穿定值Ulv_set、并网点测量电压值UPCC大于判高穿定值Uhv_set、并网点测量电压滑差值dupcc/dt大于电压滑差定值dupcc/dtset、并网点测量频率滑差值dfpcc/dt大于频率滑差定值df/dtset、并网点测量功率突变量Δppcc大于功率突变量定值Δpset，则判定新能源机组动态启动，置启动标志位QD变为1并进行动态脱网判定。本实施例中，dupcc/dtset取0.1Un/s；df/dtset取5Hz/s，Δpset取0.3Pn/s；Tq取5ms，其中Un为发电风机的额定电压。
如果动态启动前发电风机组处于投运状态，即启动标志位QD为1，站控装置对每一个发电风机启动前、后的运行状态进行对比，如果动态判断启动前发电风机处于投运状态，即TYState启动前为1，而启动后发电风机处于停运状态，即TYState为0，那么判该发电单元在动态过程中主动脱网，如图5所示。
进一步的，发电风机动态启动判定后，站控装置控制测控终端的故障录波模块启动，测控终端实时记录动态启动判定后一段时间内发电风机的三相电压、电流和频率等信息，有助于工作人员在发电风机脱网或高电压穿越或低电压穿越发生后或者故障发生后分析机组运行状态的变化。
步骤3，站控装置判定任一发电风机主动脱网后，站控装置对所有的判断结果进行统计，并计算风电场整站发电风机的脱网损失功率，并上送到电网稳控系统。当需要对电场工况进行功率调控时，站控装置接收电网稳控系统下发的功率控制动作指令，并根据风电机组的运行状态完成功率的分配并下发至测控终端执行。
步骤4，测控终端具备接收站控装置控制命令并执行的功能，对于控制性能满足稳控要求的发电风机，测控终端可以通过多种协议向发电风机下发功率控制指令；对于控制性能不满足稳定控制要求的发电风机，可通过跳闸出口直接跳开与发电风机连接的变压器开关，完成切断。当需要紧急功率调控时，对调控速度不满足要求的发电风机、故障穿越性能较差的发电风机进行切机控制。
步骤5，如图1所示，测控终端利用环网连接通过集中交换机与监视服务器连接，确保全部测控终端与监视服务器数据互通，监视服务器与测控终端之间采用常规电力系统常规通信方式，监视服务器的功能为管理测控终端的配置和监视测控终端的运行。配置管理内容一般包括IP配置、定值管理、软件升级等；运行监视功能一般包括电气信息展示，运行告警，SOE查询，稳态及故障录波查询等。
综上，本发明所述的新能源电站感知控制系统和方法，通过对风电发电单元等新能源机组的机端电气量、开关量信息进行实时采集，实时对发电风机处于投运状态或停运状态进行监控，同时还能够对发电风机是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定，利用快速通信方法，全面提升对新能源机组的监控能力；进一步的，通过对发电风机进行主动脱网判定，获取新能源电站整站的脱网损失功率。当需要调控时，能够根据不同新能源机组的控制性能对不同新能源机组提供差别控制策略，极大提升对新能源机组的的控制能力。进一步的，利用对新能源机组的数据监控能力，对新能源机组发生事故前、事故中、事故后的全过程进行记录跟踪，为工作人员对故障原因溯源提供依据。

Claims (8)

1.一种新能源电站感知控制系统，新能源电站包括若干新能源机组，每个新能源机组通过变压器与并网母线连接，其特征在于：站控装置与若干测控终端连接，测控终端用于采集新能源机组的电气量信息数据以及变压器开关位置信号，并对新能源机组的运行状态进行判定；站控装置用于接收测控终端发送的新能源机组的电气量信息数据和新能源机组的运行状态判定结果，并对每个新能源机组进行动态脱网判定。
2.根据权利要求1所述的新能源电站感知控制系统，其特征在于：所述的站控装置与电网稳控系统连接，站控装置接收全部新能源机组动态脱网判定结果，并计算整站的脱网损失功率；电网稳控系统接收站控装置发送的整站脱网损失功率，并向站控装置发送稳定系统功率动作指令。
3.根据权利要求1所述的新能源电站感知控制系统，其特征在于：所述的若干测控终端与一条光纤环网连接，光纤环网接入汇集交换机，所述的汇集交换机与站控装置连接。
4.一种新能源电站感知控制方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：
(1)获取新能源机组的机端电压、电流、功率和q轴电流数据；获取与新能源机组连接的变压器的开关位置信号；
(2)对该能源机组处于投运状态或停运状态进行判定；
(3)对投运状态的新能源机组是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定；
(4)对新能源机组是否处于主动脱网状态进行识别，统计全部新能源机组脱网损失功率；
(5)依据功率调控动作指令和新能源机组的运行状态对每个新能源机组的调控功率进行分配。
5.根据权利要求4所述的新能源电站感知控制方法，其特征在于：步骤2中对新能源机组处于投运状态或停运状态进行判定的方法如下：
当新能源机组在时间Tty内持续同时满足机端电流IT大于投运电流定值Ity_set、新能源机组输出的有功功率Pout大于投运功率定值Ptyset以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于投运状态，否则判定该新能源机组处于停运状态。
6.根据权利要求5所述的新能源电站感知控制方法，其特征在于：步骤3中对新能源机组是否处于低电压穿越运行状态或高电压穿越运行状态进行判定的方法如下：
当新能源机组在时间Tlv内持续同时满足机端电压UT小于低电压定值Ulv_set、机端q轴电流Iq大于判低穿q轴电流定值Iq_lv_set、新能源机组输出的无功功率Qout大于零以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于低电压穿越运行状态；
当新能源机组在时间Thv内持续同时满足机端电压UT大于高电压定值Uhv_set、机端q轴电流Iq大于判高穿q轴电流定值Iq_hv_set、新能源机组输出的无功功率Qout为负以及与新能源机组连接的变压器低压侧开关HWJ信号投入，则判定该新能源机组处于高电压穿越运行状态。
7.根据权利要求6所述的新能源电站感知控制方法，其特征在于：步骤4中对新能源机组是否处于主动脱网状态进行识别的方法如下：
当新能源机组在时间Thv内持续任意满足：接收同步启动命令、并网点测量电压值UPCC小于判低穿定值Ulv_set、并网点测量电压值UPCC大于判高穿定值Uhv-_set、并网点测量电压滑差值dupcc/dt大于电压滑差定值dupcc/dtset、并网点测量频率滑差值dfpcc/dt大于频率滑差定值df/dtset、并网点测量功率突变量Δppcc大于功率突变量定值Δpset，则判定新能源机组动态启动并进行动态脱网判定；
如果动态启动前新能源机组处于投运状态，且动态启动后新能源机组处于停运状态，则判定该新能源机组主动脱网。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现权利要求4-7任一所述的方法步骤。
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