CN202696272U - 风电场运行集中监控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于电力系统技术领域，尤其涉及一种应用于电网调度机构的风电场运行集中监控系统，能够实现对电网调度机构所辖区域内风电场输出有功功率和无功功率的实时监控，完成对风电场进行全场AGC、AVC自动控制，该系统包括系统主机、电网调度系统、升压站监控系统、风功率预测系统、SVC集控系统、至少一个风机监控系统。本实用新型能根据电网调度部门指令控制风电场有功功率输出，接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，根据场内风机启停和并网状态，合理分配各台风机的有功功率，同时能通过调度数据网接收调度端主站的全场总无功指令，能协调场内各无功源，合理分配风机、无功补偿装置的无功出力均衡。

Description

风电场运行集中监控系统
【技术领域】
本实用新型属于电力系统技术领域，尤其涉及一种应用于电网调度机构的风电场运行集中监控系统，能够实现对电网调度机构所辖区域内风电场输出有功功率、无功功率、并网点电压的实时监控，完成对风电场进行全场AGC、AVC自动控制。 
【背景技术】
风能开发利用作为一种经济、清洁的可再生新能源，在增加能源供应、调整能源结构、保证能源安全、保护生态环境、减排温室气体和构建和谐社会方面已起到了重要的作用。风力发电近年来在国家的大力扶持下获得了巨大的发展，由于风力发电的随机性、间歇性的特点，造成电网运行调度的困难和复杂化，对电网的安全稳定运行造成了很大影响，因此电网调度机构迫切需要实现风电场风机运行的实时监控。 
AGC是现代电网控制的一项基本和重要功能，是建立在能量管理系统(EnergyManagement System，简称为EMS)和发电机组控制系统间闭环控制的一种先进的技术手段。实施AGC可以提高电网运行的经济性，减少调度运行人员的劳动强度。目前AGC在常规电源如水电厂、火电厂中已得到成熟应用，但风电方面的应用在国内仍属空白。 
实现AGC的前提是风电场的风机监控系统必须具有功率控制能力，并能够向外提供通信接口和协议执行AGC控制指令。目前一些风机监控泵统已经具备了单台风机、成组风机的功率控制和分配功能，为AGC的实现提供了良好基础，但在通信协议方面，各厂商风机监控系统使用的技术一般都为私有技术，没有统一标准，也不对外开放，导致信息无法有效地集成和共享。在风电功率控制方面，针对不同类型风机的控制，只能单独进行开发和实施，缺乏成熟的技术实施方案。 
因此为了能够在风电场实现与常规电源类似的自动发电控制，需要在参考常规电源AGC运行经验的基础上，同时结合风电的特点，从电网调度 侧和风电场侧整体考虑风电AGC的实现方案，确定风电AGC的控制流程，在风电场侧通过通信协议的标准化解决不同类型风机的统一控制问题，在电网调度侧利用EMS提供的风电发电计划和AGC功率调节量，自动生成AGC调节目标值并下发给风电场完成自动发电控制。 
AVC是第27届中国电网调度运行会议上提出的现代电网调度发展新技术之一。众所周知，频率和电压是衡量电能质量的两大指标。AGC侧重频率控制，AVC则侧重于电压控制。经历多年努力，AVC获得迅猛发展，已从原来传统的厂站端VQC发展到整个电网范围内的自动电压控制。AVC的复杂程度远远大于AGC，因为它不但要考虑发电机组的无功控制，还要兼顾电容器、电抗器以及变压器分接头的投切和控制，且约束条件也远多于AGC，因此AVC系统是一项复杂的系统工程。在自动装置的作用和给定电压约束条件下，发电机的励磁、变电站和用户的无功补偿装置的出力以及变压器的分接头都能按指令自动进行闭环调整，使其注入电网的无功逐渐接近电网要求的最优值Q优，从而使全网有接近最优的无功电压潮流，这个过程叫自动电压控制(Automatic Voltage Control，简称AVC)，是现代电网控制的一项重要功能。 
目前，新建风电场大都配置了动态无功补偿装置，如SVC、SVG等，以提高无功功率调节的动态响应速度。风电场配置合适容量的无功补偿装置，并根据系统需求进行控制和管理，可有效提高风电场输出电压的稳定，减小风电对电网的扰动，并提高应对风电场的故障能力。 
风电的随机性、间歇性、不可控等特性给电网电力调配带来越来越多的困难。无论从调峰能力，还是从断面限制、线路承载能力和电压稳定等方面，大规模的风电接入都给系统带来了新挑战，迫切需要一套合理有效的能进行全场AGC、AVC自动控制的自动发电控制系统来提高系统安全。而目前已有的自动发电控制系统只能实现AGC或AVC单一控制，已不能满足风电行业发展的需要。 
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种应用于电网调度机构的风电场运行集中监控系统，能够实现对电网调度机构所辖区域内风电场输出有功功率、无功功率、并网点电压的实时监控，实现对风电场的自动发电控制。 
本实用新型的技术方案是：风电场运行集中监控系统，该系统包括系统主机、电网调度系统、升压站监控系统、风功率预测系统、实时测风系统、SVC集控系统、至少一个风机监控系统； 
a.所述系统主机包括一台具有多个串行通信口和以太网口的微型计算机和系统后台监视机，所述系统主机通过电力调度数据网与所述电网调度系统实现通信，通过网络或串口方式与所述风机监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统、实时测风系统、SVC集控系统实现通信； 
b.所述SVC集控系统由SVC控制器、SVC控制服务器和通信模块组成； 
c.所述升压站监控系统，用于采集风电场实时出力数据；所述系统主机通过该系统采集风电场并网点的电气信息，以及升压站开关、刀闸状态、主变分头位置状态信息。 
本实用新型的优点在于：1.风电场运行集中监控系统能根据电网调度部门指令控制风电场有功功率输出，接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，根据场内风机启停和并网状态，合理分配各台风机的有功功率，并将各台风机的有功出力指令下发至风机监控系统，实时跟踪电网调度部门的风电场有功功率输出指令，并确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。 
2.风电场运行集中监控系统通过调度数据网接收调度端主站的无功指令，能协调场内各无功源，快速跟随主站下发的控制目标。首先充分利用风电机组及分散式无功补偿装置的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，再控制调节无功补偿装置。风电场运行集中监控系统能合理分配风机、无功补偿装置的无功出力均衡，保证风电场设备安全稳定运行的前提下，实现动态的连续调节以控制并网点电压，满足电网电压的要求。 
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。 
图1为本实用新型结构的逻辑示意图， 
图2为本实用新型的AGC控制流程图， 
图3为本实用新型的AVC控制流程图，。 
【具体实施方式】
参见图1，风电场运行集中监控系统，该系统包括系统主机1、电网调度系统2、升压站监控系统3、风功率预测系统7、SVC集控系统5、风机监控系统4、实时测风系统8； 
a.系统主机1包括一具有多个串行通信口和以太网口的微型计算机和系统后台监视机，该微型计算机系统包括数据采集模块、处理模块、通信模块和诊断模块；系统主机1通过电力调度数据网与电网调度系统2实现通信接，通过网口或串口与风机监控系统4、升压站监控系统3、风功率预测系统7、实时测风系统8、SVC集控系统5实现通信； 
b.SVC集控系统5由SVC控制器、SVC控制服务器和通信模块组成； 
c.风功率预测系统7通过通信模块向系统主机1发送风电功率预测结果数据，系统主机1通过处理模块实时计算出ACE值分配的风电场功率调节量，最终自动生成AGC调节目标值，并通过风机监控系统4发送给风电机组6执行； 
d.风机监控系统4，用于采集风电机组6的运行工况，同时接收系统主机1发送各种指令，风机监控系统4应提供以下信息或控制接口： 
①多套风机监控时，提供风机集群AGC投入状态； 
②多套风机监控时，提供风机集群实时有功功率、实时损失有功功率、风电场有功功率实时可调范围； 
③多套风机监控时，提供风机集群AGC投退指令，具备单机启停功能的风机监控； 
④多套风机监控时，提供风机集群AGC有功功率目标值，具备单机有功调节能力的风机监控； 
⑤风机无功功率目标值或功率因数目标值，用于实现风电场AVC功能； 
e.升压站监控系统3，用于采集风电场实时出力数据；系统主机1通过通过该系统采集风电场并网点的电气信息，以及升压站开关、刀闸状态、主变分头位置状态信息。 
系统主机1所具备的通信功能，能够与风电场内升压站监控系统、风机监控系统、无功补偿装置、实时测风系统、风电功率预测系统和电网调度系统通信，可以支持多种通讯方式，包括专线通信方式和网络通信方式，支持MODBUS、OPC、CDT、DL/T634.5.101-2002、DL/T634.5.104-2002等常用标准 规约。系统主机1通过电力调度数据网与所述电网调度系统通信时，所述电力调度数据网的交换机还可以提供支持调度数据网与调度通信的双平面网络通道与系统主机1连接。 
风电场运行集中监控系统采集(通信方式)功能如下： 
1)系统通过风机监控系统采集气象数据、机械数据和风机电气数据，以及风机运行状态； 
2)系统通过场内升压站监控系统采集风电场并网点的电气信息以及升压站开关、刀闸状态、主变分头位置等状态信息； 
3)系统通过无功补偿装置采集无功补偿装置的投切状态、输出的无功功率和功率因数等； 
4)系统通过风电场实时测风系统采集至少包括10m、70m及以上高程的实时气象信息； 
5)系统通过风功率预测系统采集风功率预测结果； 
有功控制(AGC)功能 
风电场运行集中监控系统应能根据电网调度部门指令控制风电场有功功率输出。能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，根据场内风机启停和并网状态，合理分配各台风机的有功功率，并将各台风机的有功出力指令下发至风机监控系统，实时跟踪电网调度部门的风电场有功功率输出指令，并确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，其流程参见附图2。 
无功控制(AVC)功能 
风电场运行集中监控系统应具备无功和电压控制功能，协调控制风电机组、无功补偿装置和主变分头的能力，能够自动快速调整无功总功率，跟随电网调度部门下发的控制目标。 
风电场运行集中监控系统通过调度数据网接收调度端主站的无功指令或电压指令，能协调场内各无功源，快速跟随主站下发的控制目标。首先充分利用风电机组及分散式无功补偿装置的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，再控制调节无功补偿装置。 
风电场运行集中监控系统应能合理分配风机、无功补偿装置的无功出力均衡，保证风电场设备安全稳定运行的前提下，实现动态的连续调节以控制并网点电压，满足电网电压的要求。AVC功能控制流程见附图3。 
系统后台监视机提供软件界面支持风场运行人员输入高压侧母线(或节点)电压计划曲线，全场总无功功率设定值，AVC控制方式选择，全场总有功功率设定值，发电计划曲线，AGC控制模式和方式选择。具有投入退出AGC\AVC系统功能。 
风电场运行集中监控系统通过调度数据网(实时业务)与调度部门实现通信时，风电场调度数据网交换机提供双平面网络通道与系统主机连接，通信协议为DL/T634.5.104-2002。 
接收信息和控制命令至少应包括：风电场AGC投入、退出指令，风电场AGC有功功率目标值；风电场AVC无功功率目标值或电压指令；变压器分接头升档\降档指令；上传的信息至少应包括：风机监控系统提供的风机实时数据，带时标历史数据；无功补偿装置提供的实时运行数据，带时标历史数据；升压站监控系统提供的实时遥测、遥信数据，带时标历史数据；风电场实时测风系统提供的实施测风数据，带时标历史测风数据；风电场本地风功率预测系统提供的风电功率预测结果；AGC投入状态，风电场实时有功功率，实时损失有功功率，有功功率可调范围。 
AVC投入状态，增、减闭锁状态，风电场可调无功上、下限。风电场运行集中监控系统与风电场升压站监控系统接口，系统从升压站监控系统通过通信方式采集数据，升压站监控系统提供网口或串口与系统通信，并按协议要求送出数据。通信协议为DL/T634.5.101-2002、DL/T634.5.104-2002、部颁CDT等。 
接收的信息至少包括：遥信：升压站开关、刀闸状态；遥测：风电场并网点的电压、电流、有功、无功、功率因数、频率、主变分接头位置；下发的信息包括(根据实际情况)：遥控：主变分接头升档、降档命令，支路开关投切命令；风电场运行集中监控系统与无功补偿装置控制器接口，系统以通信方式将无功目标下发至无功补偿设备。无功补偿设备控制器提供一路串口(RS232/485)与系统主机连接，通讯规约采用MODBUS(RTU)或部颁CDT。 
风电场运行集中监控系统与无功补偿装置信息交换至少应包括：遥信：投切状态；遥测：无功补偿装置输出的无功功率、功率因数；遥调：无功补偿装置的无功功率目标值；风电场运行集中监控系统与风机监控系统接口系统以网络方式与风机监控系统实现通信。风机监控系统提供一路网口(LAN)与自动发电控制系统主机连接，通信协议为MODBUS(TCP/IP)、OPC。 
风电场运行集中监控系统从风机监控接受的数据至少应包括：遥测：风机风速、发电机转速、叶轮转速、风向、环境温度、桨距角、有功功率、无功功率、功率因数、频率、三相电压电流、风机运行状态码(通信中断、故障、停机、受控、正常并网发电等)；遥信：风机并网状态；电能量：风机的总发电量；为实现风电场AGC功能，风机监控系统还应提供以下信息和控制接口：遥信：风电场(多套风机监控时提供风机集群)AGC投入状态；遥测：风电场(多套风机监控时提供风机集群)实时有功功率、实时损失有功功率、风电场有功功率实时可调范围；遥控：风电场(多套风机监控时提供风机集群)AGC投入、退出，风机启停(具备单机启停功能的风机监控)；遥调：风电场(多套风机监控时提供风机集群)AGC有功功率目标值，单机有功功率目标值(具备单机有功调节能力的风机监控)；为实现风电场AVC功能，风机监控系统应提供以下信息和控制接口：遥调：风机无功功率目标值(或功率因 数目标值)。 
系统主机1的硬件配置要求： 
1)系统主机具备主备冗余，双机热备； 
2)系统主机采用工业级无风扇嵌入式计算机，低功耗，避免插槽，能够适应长期稳定运行； 
3)主机配置足够的串行通信口和以太网口以满足与调度和其他设备的通信。 
系统主机1以网络方式与布置在主控室内的后台监视机连接，系统主机1作为服务器，后台监视机以客户端方式浏览系统功能并执行界面操作。 
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。 

Claims (3)

1.风电场运行集中监控系统，其特征在于：该系统包括系统主机、电网调度系统、升压站监控系统、风功率预测系统、实时测风系统、SVC集控系统、至少一个风机监控系统；
a.所述系统主机包括一台具有多个串行通信口和以太网口的微型计算机和系统后台监视机，所述系统主机通过电力调度数据网与所述电网调度系统实现通信，通过网络或串口方式与所述风机监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统、实时测风系统、SVC集控系统实现通信；
b.所述SVC集控系统由SVC控制器、SVC控制服务器和通信模块组成；
c.所述升压站监控系统，用于采集风电场实时出力数据；所述系统主机通过该系统采集风电场并网点的电气信息，以及升压站开关、刀闸状态、主变分头位置状态信息。
2.根据权利要求1所述风电场运行集中监控系统，其特征在于：所述系统主机采用工业级无风扇嵌入式计算机。
3.根据权利要求1所述风电场运行集中监控系统，其特征在于：所述系统主机通过电力调度数据网与所述电网调度系统通信时，所述电力调度数据网交换机提供支持调度数据网与调度通信的双平面网络通道与所述系统主机连接。 
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