專利名稱：一種風電場agc和avc功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種新能源接入與控制領域的就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，具體涉及一種風電場AGC (自動發(fā)電控制，Auto Generation Control)及AVC (自動電壓控制，AutoVoltage Control)功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國的風電裝機容量以迅猛的速度發(fā)展，我國已成為風能利用和風電裝機大國。然而，傳統(tǒng)風電場并不具備有功、無功的自動控制能力，風電場的有功、無功的出力處在“自由”的狀態(tài)，可調(diào)度性差。為滿足風電集中開發(fā)、大容量、遠距離送出的要求，我國 能質(zhì)量、功率預測、有功、無功控制、低電壓穿越等都做了明確要求。電網(wǎng)友好型風電場是風電發(fā)展的未來趨勢。電網(wǎng)友好型風電場除要求風電場的功率預測功能、低電壓穿越能力等要求外，風電場的有功無功控制能力也是一個很重要的方面。通常，在風電場投運前后，需要對風電場的有功/無功電壓控制能力進行測試，測試風電場的有功/無功控制能力是否滿足并網(wǎng)導則的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，本發(fā)明提供的就地測試系統(tǒng)功能完善、自動化程度高，就地測試系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、分析、處理、結(jié)果輸出于一體；其實現(xiàn)方法在風況滿足測試要求的情況下，一個完整測試周期可由系統(tǒng)自動完成，不需要人工干預。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其改進之處在于，所述就地測試系統(tǒng)包括連接的設置后臺、智能信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集單元；所述設置后臺通過USB接口與智能信號發(fā)生器連接；所述智能信號發(fā)生器與數(shù)據(jù)采集單元連接；所述智能信號發(fā)生器與風場設備的風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置連接；所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)與通過網(wǎng)絡接口與風電機組能量管理平臺連接。其中，所述智能信號發(fā)生器包括主控芯片、智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口 ；所述智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口分別與主控芯片連接。其中，所述主控芯片采用低功耗混合信號單片機C8051F410芯片。其中，所述智能信號發(fā)生器面板包括LED顯示屏和鍵盤按鍵；所述LED顯示屏采用雙蹤LED顯示屏。其中，所述電壓輸出通道，用于實現(xiàn)0 10V或0 30V電壓的輸出；所述電流輸出通道，用于控制電流發(fā)生電路輸出4 20mA的電流。其中，所述電壓輸出通道包括依次連接的D/A通道、運算放大器、OTL功率放大器和光電隔離器。其中，所述電流輸出通道包括依次連接的可編程計時器陣列PCA、PWM調(diào)制器和光電隔離器。其中，所述信號接口采用RS232接口。其中，所述設置后臺為PC機后臺，在所述PC機后臺上安裝有曲線配置工具。其中，所述曲線配置工具是運行于Windows環(huán)境 下的控制軟件。其中，所述數(shù)據(jù)采集單元包括以PPC-7500板為核心的中央處理器，以ADS8364為A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模采集電路。本發(fā)明基于另一目的提供的一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其改進之處于，所述方法包括下述步驟A、采用所述智能信號發(fā)生器，將有功電壓目標或無功電壓目標以r20mA信號輸出至風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置；B、由所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置轉(zhuǎn)發(fā)至風機能量管理平臺；同時有功或無功功率目標或電壓目標以電壓量形式輸出至所述數(shù)據(jù)采集單元；C、啟動所述數(shù)據(jù)采集單元的波形記錄功能；D、所述數(shù)據(jù)采集單元按照設定的通道數(shù)、采樣率、數(shù)據(jù)記錄時間對電壓和電流數(shù)據(jù)進行記錄和分析。其中，所述智能信號發(fā)生器的輸出電流值由所述PC機后臺編輯的界面修改并比例于輸出的功率值或電壓值。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是I、本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)功能完善、自動化程度聞；系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、分析、處理、結(jié)果輸出于一體；其實現(xiàn)方法在風況滿足測試要求的情況下，一個完整測試周期可由系統(tǒng)自動完成，不需要人工干預。2、本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法具備良好的擴展性；隨著待測試風場規(guī)模的不同，測試系統(tǒng)只需要修改簡單的配置即可適應，不需要修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測試源代碼；測試系統(tǒng)和風電場監(jiān)控系統(tǒng)及AVC裝置的通訊規(guī)約及點表可自由配置，以適應不同風電場的試驗需求。3、本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，不采用通訊規(guī)約而采用r20mA輸出，方案的通用性較好；本發(fā)明不需要修改現(xiàn)場通訊的點表，避免了不同廠家通訊規(guī)約及接口的調(diào)試工作量。


圖I是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)I結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)2結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明提供的風電場復雜配置的實現(xiàn)方式結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明提供的智能信號發(fā)生器的設計框圖；圖5是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的主程序流程圖；圖6是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的中斷程序流程圖；圖7是本發(fā)明提供的電壓輸出通道結(jié)構(gòu)框圖8是本發(fā)明提供的電流輸出通道結(jié)構(gòu)框圖；圖9是本發(fā)明提供的智能信號發(fā)生器面板原理圖。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。如圖I和2所示，圖I是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)I結(jié)構(gòu)圖，圖2是本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)2結(jié)構(gòu)圖。該就地測試系統(tǒng)包括連接的設置后臺、智能信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集單元；設置后臺通過USB接口與智能信號發(fā)生器連接；智能信號發(fā)生器與數(shù)據(jù)采集單元連接；智能信號發(fā)生器與風場設備的風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置連接；風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)與通過網(wǎng)絡接口與風電機組能量管理平臺連接。如圖4所示，圖4本發(fā)明提供的智能信號發(fā)生器的設計框圖，智能信號發(fā)生器包括主控芯片、智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口 ；所述智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口分別與主控芯片連接。智能信號發(fā)生器實現(xiàn)電流、電壓的輸出功能，輔以LED數(shù)碼顯示人機界面以及與上位機通訊的功能，可同時輸出兩路(T20mA電流，兩路電壓信號，其中一路(TlOV輸出，一路(T30V輸出，信號的輸出帶智能編程功能，可利用后臺編輯軟件實現(xiàn)用戶的定制輸出。智能信號發(fā)生器選用美國Cygnal公司C8051F410低功耗混合信號單片機做為主控芯片，該芯片采用荷電狀態(tài)SOC設計方法，8051兼容的微控制器核，運行速度50MIPS，具備12位200ksps的24通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC，帶模擬多路器；兩個12位電流輸出D/A轉(zhuǎn)換器DAC ;硬件實現(xiàn)的SMBus/I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口，功能十分強大，可滿足智能信號發(fā)生器低成本、高可靠性的要求。智能信號發(fā)生器技術(shù)指標如下(1)2個4 20mA電流輸出通道，精度為0. 15%;2個0 IOV電壓輸出通道，精度為 0. 15% ；(2)電壓、電流輸出通道階躍響應時間<10mS ;通道同步時間〈lmS ；(3)負載能力電流通道的電阻彡750 Q ;電壓通道的電流最大為50mA ；(4)支持上位機設定、下載、程控，下載后可離線運行。圖5中智能信號發(fā)生器自檢完畢后，檢查有無鍵盤操作，有無通訊及其他外部中斷，若有，則中斷當前輸出，按照鍵盤或中斷設定的輸出表，啟動通道同步操作，并按照輸出表執(zhí)行，若無，貝1J按照輸出表輸出執(zhí)行，直至輸出表執(zhí)行完畢。圖6是中斷輸出流程,首先保存中斷上下文，然后根據(jù)通訊的內(nèi)容更新輸出表，設置中斷標志，恢復中斷上下文，中斷結(jié)束。電壓輸出通道包括依次連接的D/A通道、運算放大器和輸出功放及短路保護單元；所述輸出功放及短路保護單元由依次連接的OTL功率放大器和光電隔離器實現(xiàn)。電壓輸出通道，用于實現(xiàn)0 IOV或0 30V輸出的功能實現(xiàn)。由于參數(shù)的離散性，電壓輸出通道需要進行標定，使輸出精度在設計范圍內(nèi)。因此采用了 5點折線擬合法進行軟件標定。電壓輸出通道結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。電流輸出通道包括依次連接的可編程計時器陣列PCA、PWM調(diào)制器和輸出短路保護單元，所述輸出短路保護單元由光電隔離器實現(xiàn)。電流輸出通道用于控制電流發(fā)生電路輸出4 20mA電流。電流輸出通道結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。智能信號發(fā)生器面板包括LED顯示屏和鍵盤按鍵；所述LED顯示屏和功能按鍵具有雙蹤功能。智能信號發(fā)生器面板如圖9所示。信號接口采用RS232接口。設置后臺為PC機后臺，在PC機后臺上安裝有曲線配置工具。曲線配置工具是運行于Windows環(huán)境下的控制軟件。通過曲線配置工具可單獨對某通道的單點及曲線輸出進行設置、啟動、停止，可設置通道間的聯(lián)動功能，可監(jiān)測智能信號發(fā)生器的運行狀態(tài)。工具軟件與智能信號發(fā)生器采用USB接口連接。a、工具軟件提供輸出時變目標曲線的編輯方法。目標曲線的縱坐標的改變范圍為(Tl20%滿度量程，改變精度為0. 1%，橫坐標的改變值為6小時，時間改變精度為0. Is。曲線 的編輯具備良好的可視界面，編輯修改方便，并能對已設置下載的曲線進行召回。b、曲線能下載至智能信號發(fā)生器或通過曲線配置工具軟件在線定時下載。數(shù)據(jù)采集單元包括以PPC-7500板為核心的中央處理器，以ADS8364為A/D轉(zhuǎn)換芯片的模數(shù)采集電路，對采集的風電場主變高壓側(cè)電壓、電流進行采集并保存，計算風電場的高壓側(cè)母線電壓、風電場的有功、無功總加；對采集、計算的數(shù)據(jù)進行分析，轉(zhuǎn)換為仿真、繪圖輸出需要的數(shù)據(jù)格式。本發(fā)明提供了一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該方法包括下述步驟A、采用所述智能信號發(fā)生器，將有功電壓目標或無功電壓目標以r20mA信號(將信號轉(zhuǎn)換為r20mA小的標準電流信號，便于接受)輸出至風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置；B、由所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置轉(zhuǎn)發(fā)至風機能量管理平臺；同時有功或無功功率目標或電壓目標以電壓量形式輸出至所述數(shù)據(jù)采集單元；C、啟動所述數(shù)據(jù)采集單元的波形記錄功能；D、所述數(shù)據(jù)采集單元按照設定的通道數(shù)、采樣率、數(shù)據(jù)記錄時間對電壓和電流數(shù)據(jù)進行記錄和分析。智能信號發(fā)生器的輸出電流值由所述PC機后臺編輯的界面修改并比例于輸出的功率值或電壓值。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。實施例本發(fā)明提供的試驗系統(tǒng)部署在風電場就地，借助風電場就地的遠動(監(jiān)控)網(wǎng)絡，實現(xiàn)風電場AGC功能的測試和校核，并依據(jù)測試過程記錄的相關數(shù)據(jù)，分析風電場AGC調(diào)節(jié)的相關性能。AGC實現(xiàn)方式如附圖I所示。本發(fā)明提供本試驗系統(tǒng)和風電場AVC裝置通訊，將風電場的電壓/無功目標發(fā)送給AVC裝置，利用AVC裝置的功能實現(xiàn)風電場的電壓/無功調(diào)節(jié)，試驗過程記錄風電場各升壓變高壓側(cè)有功/無功、風場高壓側(cè)各段母線電壓。AGC實現(xiàn)方式如附圖2所示?，F(xiàn)代大型風電場，容量都在100MW以上，風場有多條主變及高壓母線，在某些特殊工況下，這些母線有可能分裂運行；風場風電機組可能由不同的廠家提供，導致監(jiān)控系統(tǒng)或AVC系統(tǒng)存在多套的可能。智能信號發(fā)生器可輸出兩路同步的電壓信號，兩路電流信號，可在電流信號回路串入電阻，實現(xiàn)4路電壓量的輸出。實現(xiàn)風電場復雜配置的AGC&AVC實現(xiàn)方式如圖3所示。圖中所示為與兩套風電場監(jiān)控系統(tǒng)的接口。本發(fā)明提供的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，具備良好的擴展性。隨著待測試風場規(guī)模的不同，測試系統(tǒng)只需要修改簡單的配置即可適應，不需要修改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測試源代碼；通訊規(guī)約及點表可自由配置。不采用通訊規(guī)約而采用r20mA輸出，方案的通用性較好；本方案不需要修改現(xiàn)場通訊的點表，避免了不同廠家通訊規(guī)約及接口的調(diào)試工作量。系統(tǒng)功能完善、自動化程度高。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、分析、處理、結(jié)果輸出于一體；在風況滿足測試要求的情況下，一個完整測試周期可由系統(tǒng)自動完成，不需要人工干預。
最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術(shù)人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述就地測試系統(tǒng)包括連接的設置后臺、智能信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集單元；所述設置后臺通過USB接口與智能信號發(fā)生器連接；所述智能信號發(fā)生器與數(shù)據(jù)采集單元連接； 所述智能信號發(fā)生器與風場設備的風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置連接； 所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)與通過網(wǎng)絡接口與風電機組能量管理平臺連接。
2.如權(quán)利要求I所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述智能信號發(fā)生器包括主控芯片、智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口 ；所述智能信號發(fā)生器面板、電壓輸出通道、電流輸出通道和信號接口分別與主控芯片連接。
3.如權(quán)利要求2所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述主控芯片采用低功耗混合信號單片機C8051F410芯片。
4.如權(quán)利要求2所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述智能信號發(fā)生器面板包括LED顯示屏和鍵盤按鍵；所述LED顯示屏采用雙蹤LED顯示屏。
5.如權(quán)利要求2所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于， 所述電壓輸出通道，用于實現(xiàn)O IOV或O 30V電壓的輸出； 所述電流輸出通道，用于控制電流發(fā)生電路輸出4 20mA的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓輸出通道包括依次連接的D/A通道、運算放大器、OTL功率放大器和光電隔離器。
7.如權(quán)利要求5所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電流輸出通道包括依次連接的可編程計時器陣列PCA、PWM調(diào)制器和光電隔離器。
8.如權(quán)利要求2所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號接口采用RS232接口。
9.如權(quán)利要求I所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述設置后臺為PC機后臺，在所述PC機后臺上安裝有曲線配置工具。
10.如權(quán)利要求9所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述曲線配置工具是運行于Windows環(huán)境下的控制軟件。
11.如權(quán)利要求I所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括以PPC-7500板為核心的中央處理器，以ADS8364為A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模采集電路。
12.—種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、采用所述智能信號發(fā)生器，將有功電壓目標或無功電壓目標以r20mA信號輸出至風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置； B、由所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置轉(zhuǎn)發(fā)至風機能量管理平臺；同時有功或無功功率目標或電壓目標以電壓量形式輸出至所述數(shù)據(jù)采集單元； C、啟動所述數(shù)據(jù)采集單元的波形記錄功能； D、所述數(shù)據(jù)采集單元按照設定的通道數(shù)、采樣率、數(shù)據(jù)記錄時間對電壓和電流數(shù)據(jù)進行記錄和分析。
13.如權(quán)利要求12所述的風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述智能信號發(fā)生器的輸出電流值由所述PC機后臺編輯的界面修改并比例于輸出的功率值或 電壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風電場AGC和AVC功能就地測試系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該就地測試系統(tǒng)包括連接的設置后臺、智能信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集單元；所述設置后臺通過USB接口與智能信號發(fā)生器連接；所述智能信號發(fā)生器與數(shù)據(jù)采集單元連接；所述智能信號發(fā)生器與風場設備的風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)或AVC裝置連接；所述風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)與通過網(wǎng)絡接口與風電機組能量管理平臺連接。本發(fā)明提供的就地測試系統(tǒng)功能完善、自動化程度高，就地測試系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、分析、處理、結(jié)果輸出于一體；其實現(xiàn)方法在風況滿足測試要求的情況下，一個完整測試周期可由系統(tǒng)自動完成，不需要人工干預。
文檔編號G05B23/02GK102749914SQ20121023849
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者張金平, 李慶, 王偉, 王瑞明, 秦世耀 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞張北風電研究檢測有限公司, 國家電網(wǎng)公司