CN114035554B - 一种海上风电场运行控制测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电场运行控制测试系统，该系统包括：系统主站，与所述系统主站进行数据交互的系统厂站；所述系统主站，包括数据库服务器、SCADA服务器、前置服务器及第一工作站；所述前置服务器用于采集第一被测系统的运行数据，并发送至所述SCADA服务器进行处理；所述数据库服务器用于管理所述运行数据；所述第一工作站用于提供人机交互界面以进行数据监控和功能操作；所述系统厂站，包括监控服务器、第二工作站；所述监控服务器用于采集第二被测系统的运行数据，并发送至所述第二工作站进行监控和显示。本发明能够开展海上风电并网特性与策略研究，有利于提升海上风电调节控制能力，促进源网协调运行，保障系统的安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电场测试系统技术领域，尤其涉及一种海上风电场运行控制测试系统。
背景技术
近年来，海上风电作为具有规模化发展潜力的新能源发展得十分迅速。由于海上风电波动性和间歇性特征明显，因此需要有效的检测试验手段，对其规模化接入电网后所带来的稳定性问题进行研究。然而，目前尚缺乏大规模海上风电与复杂大电网交互影响和稳定控制技术相关研究，也缺乏相应的测试手段和测试系统，进而无法对海上风电场的运行进行准确的控制、测试及干预，存在较大的电网被动适应的问题。因此，亟需一种海上风电场运行控制测试系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电场运行控制测试系统，以解决现有技术中缺乏对海上风电与大电网交互过程及稳定控制技术研究，进而导致无法准确控制、干预海上风电场的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种海上风电场运行控制测试系统，包括：
系统主站，与所述系统主站进行数据交互的系统厂站；
所述系统主站，包括数据库服务器、SCADA服务器、前置服务器及第一工作站；
所述前置服务器用于采集第一被测系统的运行数据，并发送至所述SCADA服务器进行处理；所述数据库服务器用于管理所述运行数据；所述第一工作站用于提供人机交互界面以进行数据监控和功能操作；
所述系统厂站，包括监控服务器、第二工作站；
所述监控服务器用于采集第二被测系统的运行数据，并发送至所述第二工作站进行监控和显示。
进一步，作为优选地，所述系统主站采用主干网和前置网构成两级冗余局域网体系架构；所述系统厂站采用一级冗余局域网体系架构。
进一步，作为优选地，所述第一被测系统包括升压站综合监控系统、风功率预测系统。
进一步，作为优选地，所述第二被测系统包括风电场监控系统、储能管理系统。
进一步，作为优选地，所述海上风电场运行控制测试系统，还用于对AGC控制系统进行风电场场级AGC控制，包括：
由所述系统厂站接收所述系统主站下发的AGC控制指令，并根据所述AGC控制指令执行调节任务，进行有功功率的分解、风机系统与储能系统的协调控制。
进一步，作为优选地，所述AGC控制系统包括：
第一实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第一实时数据并进行处理；所述第一实时数据包括：系统主站下发的控制命令、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第一调节有功计算模块，用于根据当前控制模式计算风电场的总调节功率；
第一调节有功分配模块，用于根据第一分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第一指令校验下发模块，用于对第一控制命令的反向延时、最大调节量及控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第一控制命令下发至风机系统和储能系统。
进一步，作为优选地，所述海上风电场运行控制测试系统，还用于对AVC控制系统进行风电场场级AVC控制，包括：
由所述系统厂站接收所述系统主站下发的AVC控制指令，并根据所述AVC控制指令执行调节任务，进行无功功率的分解，以及风机系统、储能系统及其他调压设备之间的协调控制。
进一步，作为优选地，所述AVC控制系统，包括：
第二实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第二实时数据并进行处理，所述第二实时数据包括：系统主站下发的控制命令、风机实时无功功率、储能实时无功功率、升压站内无功补偿设备实时无功功率；
第二调节无功计算模块，用于根据当前控制模式计算风场的总调节无功功率；
第二调节无功分配模块，用于根据第二分配原则在风机、储能、升压站内调压设备间进行功率分配；
第二指令校验下发模块，对第二控制命令的反向延时、最大调节量、控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第二控制命令下发至风机系统、储能系统及升压站内调压设备。
进一步，作为优选地，所述海上风电场运行控制测试系统，还用于对一次调频控制系统进行风电场场级一次调频控制，包括：
由所述系统厂站接收所述系统主站下发的一次调频控制指令，并根据所述一次调频控制指令执行调节任务。
进一步，作为优选地，所述一次调频控制系统，包括：
第三实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第三实时数据并进行处理，所述第三实时数据包括：频率量测、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第三调频功率计算模块，用于根据实时频率和设定的运行参数计算风场总调频功率；
第三调频功率分配模块，用于根据第三分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第三指令校验下发模块，用于对第三控制命令的最大调节量、控制上下限、命令返回进行校验，待校验合格后将第三控制命令下发至风机和储能系统。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明一种海上风电场运行控制测试系统，包括：系统主站，与所述系统主站进行数据交互的系统厂站；所述系统主站，包括数据库服务器、SCADA服务器、前置服务器及第一工作站；所述前置服务器用于采集第一被测系统的运行数据，并发送至所述SCADA服务器进行处理；所述数据库服务器用于管理所述运行数据；所述第一工作站用于提供人机交互界面以进行数据监控和功能操作；所述系统厂站，包括监控服务器、第二工作站；所述监控服务器用于采集第二被测系统的运行数据，并发送至所述第二工作站进行监控和显示。
本发明通过采用系统主站和系统厂站互为冗余的分布式运行模式，有利于系统维护和功能扩展。能够开展海上风电并网特性与策略研究，对海上风电场并网特性、海上风电接入电网交互影响、海上风电机组之间交互影响及协调运行策略、海上风电有功功率调节策略、海上风无功电压调节策略、海上风电与储能协调控制等方面进行研究及测试验证，有利于提升海上风电调节控制能力，促进源网协调运行，保障系统的安全稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的海上风电场运行控制测试系统的结构示意图；
图2是本发明又一实施例提供的海上风电场运行控制测试系统的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的AGC控制系统架构的结构示意图；
图4是本发明某一实施例提供的AVC控制系统架构的结构示意图；
图5是本发明某一实施例提供的一次调频系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
应当理解，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供一种海上风电场运行控制测试系统。如图1所示，该海上风电场运行控制测试系统总体架构主要分为系统主站01和系统厂站02。首先，系统主站01与系统厂站02进行数据交互，包括系统主站01向系统厂站02下发场级控制指令，传递监测信息；系统厂站02向系统主站01上传定值及监测信息。
需要说明的是，系统主站01主要包括数据库服务器012、SCADA服务器011、前置服务器010及第一工作站013。其中，系统主站01采用主干网和前置网构成两级冗余局域网体系架构，由图1可知，数据库服务器012、SCADA服务器011及第一工作站013处于主干网，前置服务器010处于前置网，且在主干网和前置网上均设有交换机05。
在某一个实施例中，系统主站01与第一被测系统03进行数据交互时，前置服务器010用于采集第一被测系统03的运行数据，并发送至SCADA服务器011进行处理；数据库服务器012用于管理运行数据；第一工作站013用于提供人机交互界面以进行数据监控和功能操作。
在某一个具体实施方式中，第一被测系统03包括升压站综合监控系统、风功率预测系统，如图2所示。此时，系统主站01分别与升压站综合监控系统、风功率预测系统进行数据交互，具体地数据交互过程为：系统主站01通过前置服务器010，从升压站综合监控系统获取实时运行状态数据，包括升压站线路和母线的电压、电流、有功功率、无功功率等遥测量，以及开关位置信号、保护动作信号等遥信量；从风功率预测系统获取天气预报数据(风速、风向、气压等)以及风功率预测数据(功率预测曲线、功率实际输出曲线等)。SCADA服务器011将前置服务器010采集到的数据进行处理、记录、显示，且具备统计计算、操作控制等功能。数据库服务器012可实现数据管理、备份及恢复。工作站提供人机交互界面，可供操作人员进行数据监控、应用管理、功能操作。
进一步地，本实施例中系统厂站02包括监控服务器020、第二工作站021，且采用一级冗余局域网体系架构。其中，监控服务器020用于采集第二被测系统04的运行数据，并发送至第二工作站021进行监控和显示。
在某一具体实施方式中，第二被测系统04包括风电场监控系统、储能管理系统，如图2所示。此时，系统厂站02分别与风电场监控系统、储能管理系统进行数据交互。具体地，系统厂站02通过监控服务器020，与风电场监控系统进行数据交互，采集风机运行状态、发电量、转速、变流器三相电压、三相电流等实时运行数据，并通过风电场监控系统向风机下发相关控制指令；
与储能管理系统进行数据交互，采集电池和储能变流器(Power ConversionSystem，PCS)的运行信息及参数，并下发相关控制指令。工作站提供人机交互界面，可供操作人员进行数据监控、应用管理、功能操作。
综上，本发明实施例提供的海上风电场运行控制测试系统，通过系统主站01与第一被测系统03的数据交互、系统厂站02与第二被测系统04的数据交互，以及系统主站01与系统厂站02之间的数据交互，能够实现全景监视和风电场并网特性测试功能，对风电场、风电机组、故障录波、电能质量等进行在线监测。
在某一个实施中，该海上风电场运行控制测试系统还能够对风电场场级控制功能和性能进行测试和评估，如验证评估AGC(自动发电控制，Automatic GenerationControl)、AVC(自动电压控制，Automatic Voltage Control)、一次调频等动作逻辑和动作策略的正确性和控制效果。通过系统厂站02实时采集现场信息，接收并执行主站下达的指令，实现风电场监视、控制功能，如对风机和储能系统同步下发AGC、AVC、一次调频控制指令。
具体地，在某一可选地实施方式中，该海上风电运行控制测试系统具备风电场场级AGC控制功能，由系统主站01下发控制命令，系统厂站02执行调节任务，实现有功功率的分解执行和风机与储能的协调控制，系统架构如图3所示。
进一步地，本实施例的AGC控制系统08包括：
第一实时数据处理模块080，用于从SCADA服务器011获取第一实时数据并进行处理；所述第一实时数据包括：系统主站01下发的控制命令、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第一调节有功计算模块081，用于根据当前控制模式计算风电场的总调节功率；
第一调节有功分配模块082，用于根据第一分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第一指令校验下发模块083，用于对第一控制命令的反向延时、最大调节量及控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第一控制命令下发至风机系统和储能系统。
具体地，在某一可选地实施方式中，该海上风电运行控制测试系统还具备风电场场级AVC控制功能，由系统主站01下发控制命令，系统厂站02执行调节任务，实现无功功率的分解执行和风机、储能、其他调压设备的协调控制，系统架构如图4所示。
进一步地，本实施例的AVC控制系统09，包括：
第二实时数据处理模块090，用于从SCADA服务器011获取第二实时数据并进行处理，所述第二实时数据包括：系统主站01下发的控制命令、风机实时无功功率、储能实时无功功率、升压站内无功补偿设备实时无功功率；
第二调节无功计算模块091，用于根据当前控制模式计算风场的总调节无功功率；
第二调节无功分配模块092，用于根据第二分配原则在风机、储能、升压站内调压设备间进行功率分配；
第二指令校验下发模块093，对第二控制命令的反向延时、最大调节量、控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第二控制命令下发至风机系统、储能系统及升压站内调压设备。
具体地，在某一可选地实施方式中，该海上风电运行控制测试系统还具备一次调频控制功能，其中一次调频控制系统的系统架构如图5所示，具体包括：
第三实时数据处理模块，用于从SCADA服务器011获取第三实时数据并进行处理，所述第三实时数据包括：频率量测、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第三调频功率计算模块，用于根据实时频率和设定的运行参数计算风场总调频功率；需要说明的是，在执行调频功率计算之前通常需要对频率差值是否超过动作死区进行判断，当超过时才启动调频功率计算；
第三调频功率分配模块，用于根据第三分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第三指令校验下发模块，用于对第三控制命令的最大调节量、控制上下限、命令返回进行校验，待校验合格后将第三控制命令下发至风机和储能系统。
综上所述，本发明实施例所提供的一种海上风电场运行控制测试系统，采用系统主站和系统厂站互为冗余的分布式运行模式，有利于系统维护和功能扩展。能够开展海上风电并网特性与策略研究，对海上风电场并网特性、海上风电接入电网交互影响、海上风电机组之间交互影响及协调运行策略、海上风电有功功率调节策略、海上风无功电压调节策略、海上风电与储能协调控制等方面进行研究及测试验证，有利于提升海上风电调节控制能力，促进源网协调运行，保障系统的安全稳定。
在本发明中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种海上风电场运行控制测试系统，其特征在于，包括：
系统主站，与所述系统主站进行数据交互的系统厂站；所述系统主站用于向系统厂站下发场级控制指令，传递监测信息；系统厂站用于向系统主站上传定值及监测信息；
所述系统主站采用主干网和前置网构成两级冗余局域网体系架构，所述系统主站包括处于主干网的数据库服务器、SCADA服务器和第一工作站以及处于前置网的前置服务器；主干网和前置网上均设有交换机；
所述前置服务器用于在系统主站与第一被测系统进行数据交互时，采集第一被测系统的运行数据，并发送至所述SCADA服务器进行处理；所述数据库服务器用于管理所述运行数据；所述第一工作站用于提供人机交互界面以进行数据监控和功能操作；所述第一被测系统包括升压站综合监控系统和风功率预测系统；
所述系统厂站采用一级冗余局域网体系架构，所述系统厂站包括监控服务器和第二工作站；
所述监控服务器用于采集第二被测系统的运行数据，并发送至所述第二工作站进行监控和显示；所述第二被测系统包括风电场监控系统和储能管理系统；
该海上风电场运行控制测试系统还用于对AGC控制系统进行风电场场级AGC控制，包括：由所述系统厂站接收所述系统主站下发的AGC控制指令，并根据所述AGC控制指令执行调节任务，进行有功功率的分解和风机系统与储能系统的协调控制，其中，所述AGC控制系统包括：
第一实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第一实时数据并进行处理；所述第一实时数据包括：系统主站下发的控制命令、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第一调节有功计算模块，用于根据当前控制模式计算风电场的总调节功率；
第一调节有功分配模块，用于根据第一分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第一指令校验下发模块，用于对第一控制命令的反向延时、最大调节量及控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第一控制命令下发至风机系统和储能系统；
或者，
该海上风电场运行控制测试系统还用于对AVC控制系统进行风电场场级AVC控制，包括：由所述系统厂站接收所述系统主站下发的AVC控制指令，并根据所述AVC控制指令执行调节任务，进行无功功率的分解，以及风机系统、储能系统及其他调压设备之间的协调控制，其中，所述AVC控制系统，包括：
第二实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第二实时数据并进行处理，所述第二实时数据包括：系统主站下发的控制命令、风机实时无功功率、储能实时无功功率和升压站内无功补偿设备实时无功功率；
第二调节无功计算模块，用于根据当前控制模式计算风场的总调节无功功率；
第二调节无功分配模块，用于根据第二分配原则在风机、储能和升压站内调压设备间进行功率分配；
第二指令校验下发模块，对第二控制命令的反向延时、最大调节量和控制命令死区进行校验，待校验合格后将所述第二控制命令下发至风机系统、储能系统及升压站内调压设备。
2.根据权利要求1所述的海上风电场运行控制测试系统，其特征在于，还用于对一次调频控制系统进行风电场场级一次调频控制，包括：
由所述系统厂站接收所述系统主站下发的一次调频控制指令，并根据所述一次调频控制指令执行调节任务。
3.根据权利要求2所述的海上风电场运行控制测试系统，其特征在于，所述一次调频控制系统，包括：
第三实时数据处理模块，用于从SCADA服务器获取第三实时数据并进行处理，所述第三实时数据包括：频率量测、风机实时有功功率及储能实时有功功率；
第三调频功率计算模块，用于根据实时频率和设定的运行参数计算风场总调频功率；
第三调频功率分配模块，用于根据第三分配原则在风机和储能间进行功率分配；
第三指令校验下发模块，用于对第三控制命令的最大调节量、控制上下限和命令返回进行校验，待校验合格后将第三控制命令下发至风机和储能系统。
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