CN115207918A - 一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置 - Google Patents

一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，涉及新能源并网控制领域。该适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，包括电网系统、通信系统、风电综合管理系统以及风电跨区消纳系统，所述电网系统包括主网、配电网、风电场、用电设备和输电线路，所述风电场包括风轮机组、发电机组以及变电站，所述通信系统由GPS系统、调度中心、电力调度数据网、网络交换机以及风电综合管理通信终端组成。通过风电场汇集站结合各个区域风电场的情况，选择性开启跨区输电线路，当某一区域到达用电低负荷时段时，该区域风电场产生的电能进行跨区输送至该时段用电高负荷区域，可有效避免风电弃风概率过高的情况，有利于电网的稳定。

Description

一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置
技术领域
本发明涉及新能源并网控制系统领域，具体为一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置。
背景技术
电力系统中各种电压的变电所及其输配电线路组成的整体称为电网，并网顾名思义即将电网合并在一起，新能源并网主要包括以风电、光伏发电并入主网和以分布式电源并入配电网的两种形式，我国丰富的风能及太阳能资源主要位于三北地区，新能源发电大都处于电网末端，电源结构较为单一，电网的网架结构薄弱且调节能力有限，风电、光伏等新能源电场都是通过电力电子变流器实现并网运行控制。
以风电新能源并网为例，风电随机性强、间歇性明显，波动幅度大，波动频率无规律性，风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。据东北、蒙西和吉林电网统计结果，风电反调峰概率分别为60％、57％和56％，吉林电网由于风电接入，一年期间峰谷差变大的时间达到210天，由于调峰容量不足，吉林、蒙西电网都出现了低负荷时段弃风的情况，风电弃现象是指风机处于正常情况下，由于当地电网接纳能力不足、风电场建设工期不匹配和风电不稳定等自身特点导致的部分风电场风机暂停的现象，这种现象不利于电网的稳定运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，解决了以风电为例的新能源并网时由于风电的反调峰特性造成风电弃风现象频发影响电网系统稳定的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，包括电网系统、通信系统、风电综合管理系统以及风电跨区消纳系统，所述电网系统包括主网、配电网、风电场、用电设备和输电线路，所述风电场包括风轮机组、发电机组以及变电站，所述通信系统由GPS系统、调度中心、电力调度数据网、网络交换机以及风电综合管理通信终端组成，所述风电综合管理系统依赖于风电综合管理通信终端实现，所述风电跨区消纳系统依赖于风电场汇集站控制实现。
优选的，所述风电综合管理系统包括升压站综自系统、风机监控系统和无功补偿系统以及风电场AGC/AVC控制系统组成，所述升压站综自系统是利用多台微型计算机、接口电路、通信网络等组成的自动化系统，通过收集所需的各种数据和信息，借助计算机的高速计算力和逻辑判断能力，实现对变电所各种设备的监视、控制或调整的系统，所述风机监控系统为全自动控制系统，能控制风机自动启动，控制叶片桨距的机械调节装置及在正常和非正常情况下停机，所述风机监控系统还用于监测以提供风机运行状态、风速、风向等信息，所述无功补偿系统通过无功功率补偿来提高有功功率的比例常数，有利于降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。
优选的，所述风电跨区消纳系统包括区域规划、区域电力负荷模型建立以及跨区输电线路搭建组成，所述区域规划依据区域特性进行，所述区域电力负荷模型建立是根据当前区域特性以及以往大数据用电情况为依据建立的，所述跨区输电线路搭建是基于互补原则以及就近原则对区域电力负荷模型进行分析计算匹配区域进行的。
优选的，所述风电场AGC/AVC控制系统包括风电场有功功率控制、风电场无功功率控制、紧急控制系统以及风电场功率预测组成，所述风电场有功功率控制用来对风电场产生的电能转换成其他形式能量(机械能、热能、化学能、声能)的电功率进行计算控制，所述无功功率控制用来对风电场产生的无功功率(风电场产生的电能在电源和电抗元件之间周期性的进行交换的交换率)进行计算控制，所述紧急控制系统包括自动控制系统和人工控制系统，自动控制系统通过依据调度中心下发的指令实时自动跟踪监测，当检测到由于设备异常导致的实时运行数据参数异常的情况时立即进行报警，当检测到系统通信故障或超时未收到调度中心指令时立即转换成人工控制系统。
优选的，所述的一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置的实现方法，包括以下步骤：
S1：建立区域联合控制目标
首先根据GPS系统统一各个区域的时间参数，确保时间上不会产生偏差，其次依据区域特性及以往区域用电情况建立区域电力负荷模型，再依据互补原则及就近原则建立跨区风电场输电线路，即将一个区域的风电场并入其他区域的配电网；
S2：建立区域独立控制目标
(1)利用风机监控系统采集风电场内各个风机的实时运行数据，升压站综自系统采集升压站并网点的实时运行数据；
(2)将上述数据传递至通信系统和风电场AGC/AVC控制系统；
(3)调度中心依据电力调度数据网下发风电场有功功率目标值、有功功率曲线等命令给到风电场AGC/AVC控制系统；
(4)风电场AGC/AVC控制系统接收命令，结合区域风电场实际情况进行优化计算，确定单台风机有功功率输出目标值，并将目标值通过风电场综合管理通信终端传递给风机监控系统，风机监控系统在依据目标值对相应风机进行调控，来实现实时稳定控制；
S3：风电场汇集站控制
风电场汇集站结合各个区域风电场的情况，选择性开启跨区输电线路，当某一区域到达用电低负荷时段时，该区域风电场产生的电能进行跨区输送至该时段用电高负荷区域，可有效避免风电弃风概率过高的情况，有利于电网的稳定。
本发明提供了一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置。具备以下有益效果：
本发明通过设置风电跨区消纳系统建立区域独立控制与区域联合控制之间的联系，区域独立控制主要通过风电综合管理系统与通信系统实现，通过GPS统一时间参数，将风电场实时的数据进行收集以及分析计算，对风电机组和升压站并网点进行实时有效功率的控制，确保电网系统的稳定，区域联合控制则是通过建立电力负荷模型来进行区域之间的输电线路的匹配搭建，同时风电跨区消纳系统可依赖风电场汇集站实现，风电场汇集站结合各个区域风电场的情况，选择性开启跨区输电线路，当某一区域到达用电低负荷时段时，该区域风电场产生的电能进行跨区输送至该时段用电高负荷区域，可有效避免风电弃风概率过高的情况，有利于电网的稳定。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的电网系统的系统框图；
图3为本发明的风电场的系统框图；
图4为本发明的控制原理框图；
图5为本发明的通信系统的系统框图；
图6为本发明的风电场AGC/AVC控制系统的系统框图；
图7为本发明的控制方法逻辑图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-6所示，本发明实施例提供一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，包括电网系统、通信系统、风电综合管理系统以及风电跨区消纳系统，电网系统包括主网、配电网、风电场、用电设备和输电线路，风电场通过变电站进行调整之后接入主网，主网输送的电能通过配电网进行调配之后再输送至用电设备使用，风电场包括风轮机组、发电机组以及变电站，风轮机将风能转换成机械能，发电机将机械能转换成电能，通信系统由GPS系统、调度中心、电力调度数据网、网络交换机以及风电综合管理通信终端组成，调度中心一般设立在各个区域的风电场附近，作对风电场总控中心，电力调度数据网则是用于传输电网自动化信息、调度指挥指令、继电保护与安全自动装置控制信息等，网络交换机则可连接不同网络，实现不同网络之间的通信，风电综合管理系统依赖于风电综合管理通信终端实现，风电跨区消纳系统依赖于风电场汇集站控制实现。
风电综合管理系统包括升压站综自系统、风机监控系统和无功补偿系统以及风电场AGC/AVC控制系统组成，升压站综自系统是利用多台微型计算机、接口电路、通信网络等组成的自动化系统，通过收集所需的各种数据和信息，借助计算机的高速计算力和逻辑判断能力，实现对变电所各种设备的监视、控制或调整的系统，风机监控系统为全自动控制系统，能控制风机自动启动，控制叶片桨距的机械调节装置及在正常和非正常情况下停机，风机监控系统还用于监测以提供风机运行状态、风速、风向等信息，无功补偿系统通过无功功率补偿来提高有功功率的比例常数，有利于降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。
风电跨区消纳系统包括区域规划、区域电力负荷模型建立以及跨区输电线路搭建组成，区域规划依据区域特性进行，区域电力负荷模型建立是根据当前区域特性以及以往大数据用电情况为依据建立的，跨区输电线路搭建是基于互补原则以及就近原则对区域电力负荷模型进行分析计算匹配区域进行的。
风电场AGC/AVC控制系统包括风电场有功功率控制、风电场无功功率控制、紧急控制系统以及风电场功率预测组成，风电场有功功率控制用来对风电场产生的电能转换成其他形式能量(机械能、热能、化学能、声能)的电功率进行计算控制，无功功率控制用来对风电场产生的无功功率(风电场产生的电能在电源和电抗元件之间周期性的进行交换的交换率)进行计算控制，紧急控制系统包括自动控制系统和人工控制系统，自动控制系统通过依据调度中心下发的指令实时自动跟踪监测，当检测到由于设备异常导致的实时运行数据参数异常的情况时立即进行报警，当检测到系统通信故障或超时未收到调度中心指令时立即转换成人工控制系统，电场功率预测则需要根据当前区域的气候条件变化来对区域电力负荷进行合理预测，并构建预测模型。
一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置的实现方法，包括以下步骤：
S1：建立区域联合控制目标
首先根据GPS系统统一各个区域的时间参数，确保时间上不会产生偏差，其次依据区域特性及以往区域用电情况建立区域电力负荷模型，再依据互补原则及就近原则建立跨区风电场输电线路，即将一个区域的风电场并入其他区域的配电网；
S2：建立区域独立控制目标
(1)利用风机监控系统采集风电场内各个风机的实时运行数据，包括输出有功功率、无功功率、电压、电流等信息，升压站综自系统采集升压站并网点的实时运行数据，包括升压站并网点的电压、电流、有功功率、无功功率、有功功率功率因数等信息；
(2)将上述数据传递至通信系统和风电场AGC/AVC控制系统；
(3)调度中心依据电力调度数据网下发风电场有功功率目标值、有功功率曲线等命令给到风电场AGC/AVC控制系统；
(4)风电场AGC/AVC控制系统接收命令，结合区域风电场实际情况进行优化计算，确定单台风机有功功率输出目标值，并将目标值通过风电场综合管理通信终端传递给风机监控系统，风机监控系统在依据目标值对相应风机进行调控，来实现实时稳定控制；
S3：风电场汇集站控制
风电场汇集站结合各个区域风电场的情况，选择性开启跨区输电线路，当某一区域到达用电低负荷时段时，该区域风电场产生的电能进行跨区输送至该时段用电高负荷区域，可有效避免风电弃风概率过高的情况，有利于电网的稳定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，包括电网系统、通信系统、风电综合管理系统以及风电跨区消纳系统，其特征在于：所述电网系统包括主网、配电网、风电场、用电设备和输电线路，所述风电场包括风轮机组、发电机组以及变电站，所述通信系统由GPS系统、调度中心、电力调度数据网、网络交换机以及风电综合管理通信终端组成，所述风电综合管理系统依赖于风电综合管理通信终端实现，所述风电跨区消纳系统依赖于风电场汇集站控制实现。
2.根据权利要求1所述的一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，其特征在于：所述风电综合管理系统包括升压站综自系统、风机监控系统和无功补偿系统以及风电场AGC/AVC控制系统组成，所述升压站综自系统是利用多台微型计算机、接口电路、通信网络等组成的自动化系统，通过收集所需的各种数据和信息，借助计算机的高速计算力和逻辑判断能力，实现对变电所各种设备的监视、控制或调整的系统，所述风机监控系统为全自动控制系统，能控制风机自动启动，控制叶片桨距的机械调节装置及在正常和非正常情况下停机，所述风机监控系统还用于监测以提供风机运行状态、风速、风向等信息，所述无功补偿系统通过无功功率补偿来提高有功功率的比例常数，有利于降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。
3.根据权利要求1所述的一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，其特征在于：所述风电跨区消纳系统包括区域规划、区域电力负荷模型建立以及跨区输电线路搭建组成，所述区域规划依据区域特性进行，所述区域电力负荷模型建立是根据当前区域特性以及以往大数据用电情况为依据建立的，所述跨区输电线路搭建是基于互补原则以及就近原则对区域电力负荷模型进行分析计算匹配区域进行的。
4.根据权利要求2所述的一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置，其特征在于：所述风电场AGC/AVC控制系统包括风电场有功功率控制、风电场无功功率控制、紧急控制系统以及风电场功率预测组成，所述风电场有功功率控制用来对风电场产生的电能转换成其他形式能量(机械能、热能、化学能、声能)的电功率进行计算控制，所述无功功率控制用来对风电场产生的无功功率(风电场产生的电能在电源和电抗元件之间周期性的进行交换的交换率)进行计算控制，所述紧急控制系统包括自动控制系统和人工控制系统，自动控制系统通过依据调度中心下发的指令实时自动跟踪监测，当检测到由于设备异常导致的实时运行数据参数异常的情况时立即进行报警，当检测到系统通信故障或超时未收到调度中心指令时立即转换成人工控制系统。
5.根据权利要求1所述的一种适用于新能源并网系统的实时稳定控制装置的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：建立区域联合控制目标
首先根据GPS系统统一各个区域的时间参数，确保时间上不会产生偏差，其次依据区域特性及以往区域用电情况建立区域电力负荷模型，再依据互补原则及就近原则建立跨区风电场输电线路，即将一个区域的风电场并入其他区域的配电网；
S2：建立区域独立控制目标
(1)利用风机监控系统采集风电场内各个风机的实时运行数据，升压站综自系统采集升压站并网点的实时运行数据；
(2)将上述数据传递至通信系统和风电场AGC/AVC控制系统；
(3)调度中心依据电力调度数据网下发风电场有功功率目标值、有功功率曲线等命令给到风电场AGC/AVC控制系统；
(4)风电场AGC/AVC控制系统接收命令，结合区域风电场实际情况进行优化计算，确定单台风机有功功率输出目标值，并将目标值通过风电场综合管理通信终端传递给风机监控系统，风机监控系统在依据目标值对相应风机进行调控，来实现实时稳定控制；
S3：风电场汇集站控制
风电场汇集站结合各个区域风电场的情况，选择性开启跨区输电线路，当某一区域到达用电低负荷时段时，该区域风电场产生的电能进行跨区输送至该时段用电高负荷区域，可有效避免风电弃风概率过高的情况，有利于电网的稳定。
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