專利名稱：一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方案。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量比例的不斷提升，風(fēng)電機(jī)組送往電網(wǎng)的功率的大幅度波動將會對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來更大的不利影響。實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場的可觀測性和可調(diào)控性是智能電網(wǎng)建設(shè)迫切需要解決的問題。當(dāng)前風(fēng)電場中對于各個子系統(tǒng)信息缺乏統(tǒng)一的管理和融合。有功功率控制多由 OPC通信網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度指令給風(fēng)電機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)；無功功率控制多由動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓和無功功率來實(shí)現(xiàn)。這種運(yùn)行狀況存在如下缺點(diǎn)1)風(fēng)電場上送給調(diào)度中心的信息不全面，風(fēng)電場的可觀測性較差；2) OPC通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的通信可靠性和運(yùn)行的穩(wěn)定性都比較低；3)功率控制子站與其他子系統(tǒng)之間只是簡單的數(shù)據(jù)交互，未能充分利用其它子系統(tǒng)提供的信息來提升功率控制的性能，也不能為風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)提供真實(shí)有效的模型修正數(shù)據(jù)；4)沒能將風(fēng)電場所有的無功源統(tǒng)一管理進(jìn)行無功功率控制，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組這種低成本的無功源閑置；5)電網(wǎng)調(diào)度端接收到的并網(wǎng)點(diǎn)電壓和有功功率是由升壓站監(jiān)控系統(tǒng)提供的，而動態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的跟蹤對象是自行采集的，不符合調(diào)度“數(shù)據(jù)同源”的要求；6)缺乏有功功率緊急控制的措施，在與風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信中斷后即失去控制能力，可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方案。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，所述子站系統(tǒng)由1臺工作站、1臺協(xié)調(diào)控制器和1臺功率優(yōu)化控制器組成。其中協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器放置于電子設(shè)備間，工作站放置于監(jiān)控室。子站系統(tǒng)特征在于所述協(xié)調(diào)控制器通過通信的方式獲取風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)和調(diào)度中心的信息，然后將這些信息提供給工作站和功率優(yōu)化控制器，其中所述風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)包括風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)，所述協(xié)調(diào)控制器獲取的風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)的信息包括風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的超短期預(yù)測數(shù)據(jù)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率裕度及運(yùn)行模式、升壓站并網(wǎng)點(diǎn)及各個集電線路處的電氣數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無功功率及運(yùn)行模式等等，獲取的調(diào)度中心的信息包括調(diào)度中心對于風(fēng)電場有功功率控制指令和調(diào)度中心對于風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓目標(biāo)指令；
所述工作站為子站系統(tǒng)的人機(jī)接口，供風(fēng)電場調(diào)度運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控；
所述功率優(yōu)化控制器運(yùn)行功率優(yōu)化控制邏輯，輸出功率調(diào)節(jié)指令，經(jīng)由協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)給風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)；
所述工作站、協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器通過雙冗余的以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；
功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場有功功率控制指令后，計(jì)算一次調(diào)頻的有功變化量，并將調(diào)度中心的控制指令和一次調(diào)頻的有功變化量累加后作為風(fēng)電場最終的有功功率控制指令，然后按照設(shè)定有功功率分配策略計(jì)算各個風(fēng)電機(jī)組的目標(biāo)有功功率作為各風(fēng)電場的有功功率控制指令；
功率優(yōu)化控制器進(jìn)行有功功率控制時采用通信軟控和集電線路硬切的雙重控制方式；
功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓目標(biāo)指令后，通過與升壓站高壓母線電壓比較，計(jì)算出風(fēng)電場應(yīng)發(fā)的目標(biāo)無功，并按照無功功率分配策略計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)的目標(biāo)無功功率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
1)以嵌入式控制器構(gòu)成功率優(yōu)化控制子站的核心部件，內(nèi)部雙冗余通信網(wǎng)絡(luò)，子站可靠性高。依據(jù)功能進(jìn)行協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器的定位，擴(kuò)展性好，有利于現(xiàn)場工程實(shí)施；
2)使風(fēng)電場眾多風(fēng)電機(jī)組作為一個整體參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻，提升了風(fēng)電場對于系統(tǒng)頻率的支撐作用；
3)充分利用各個相關(guān)子系統(tǒng)的信息，衍生出了新的價值。對于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行壽命、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的精度、功率調(diào)節(jié)控制的精度都有提升；
4)對于風(fēng)電場的所有無功源進(jìn)行統(tǒng)一管理，風(fēng)電機(jī)組參與無功功率調(diào)節(jié)，增大了風(fēng)電場的無功功率容量；
5)對于有功功率控制采用雙重控制方案，確保風(fēng)電場有功功率滿足調(diào)度需求；
6)這樣的設(shè)計(jì)和功能配置充分滿足了友好型風(fēng)電場在功率控制方面的需求，為大容量風(fēng)電接入電力系統(tǒng)提供了很好的解決方案。


圖1是本發(fā)明的子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的協(xié)調(diào)控制器的數(shù)據(jù)流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
如圖1所示為本發(fā)明的風(fēng)電場功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。所述子站系統(tǒng)由1 臺工作站、1臺協(xié)調(diào)控制器和1臺功率優(yōu)化控制器組成。工作站、協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器通過雙冗余的電以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其中協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器放置于電子設(shè)備間，工作站放置于監(jiān)控室。
工作站為子站系統(tǒng)的人機(jī)接口，采用工控機(jī)，運(yùn)行監(jiān)控軟件，供風(fēng)電場調(diào)度運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控和設(shè)置(例如設(shè)定某些風(fēng)電機(jī)組處于自由發(fā)電運(yùn)行狀態(tài))。協(xié)調(diào)控制器通過通信的方式獲取風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)和調(diào)度中心的信息，然后將這些信息提供給工作站和功率優(yōu)化控制器。功率優(yōu)化控制器運(yùn)行功率優(yōu)化控制邏輯，輸出功率調(diào)節(jié)指令，經(jīng)由協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)給風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)。功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場有功功率控制指令后，計(jì)算一次調(diào)頻的有功變化量，并將調(diào)度中心的控制指令和一次調(diào)頻的有功變化量累加后作為風(fēng)電場最終的有功功率控制指令，然后按照設(shè)定有功功率分配策略計(jì)算各個風(fēng)電機(jī)組的目標(biāo)有功功率作為各風(fēng)電場的有功功率控制指令。功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓目標(biāo)指令后，通過與升壓站高壓母線電壓比較，計(jì)算出風(fēng)電場應(yīng)發(fā)的目標(biāo)無功，并按照無功功率分配策略計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)的目標(biāo)無功功率。其中，風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)為升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)、 風(fēng)電機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)。它們的主要功能簡要介紹如下1)升壓站監(jiān)控系統(tǒng)對于升壓站的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，可為風(fēng)電場功率優(yōu)化控制子站提供風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電氣數(shù)據(jù)；2)風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)對于風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電能力進(jìn)行超短期和短期預(yù)測。風(fēng)電場功率優(yōu)化控制子站需要使用其提供的風(fēng)電機(jī)組超短期預(yù)測數(shù)據(jù)；3)無功補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)接收到的命令控制無功補(bǔ)償設(shè)備，發(fā)出對應(yīng)的無功功率。4)風(fēng)電機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)對于風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控，可為風(fēng)電場功率優(yōu)化控制子站提供風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時運(yùn)行信息并轉(zhuǎn)發(fā)功率指令至風(fēng)電機(jī)組。協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器采用嵌入式控制器，電源模塊采用雙冗余配置。雙電源模塊同時運(yùn)行，正常工作時互為冗余的電源模塊處于均流狀態(tài)；若一個電源模塊損壞， 則另一個電源模塊滿負(fù)荷輸出，以保證裝置的正常運(yùn)行。功率優(yōu)化控制器采用主CPU模塊和備CPU模塊雙冗余配置方式，主CPU模塊和備CPU模塊同時運(yùn)行相同應(yīng)用邏輯，主CPU模塊將數(shù)據(jù)點(diǎn)的狀態(tài)定期同步傳送給備CPU模塊，當(dāng)主CPU模塊出現(xiàn)故障退出運(yùn)行后，備CPU 模塊自動投入運(yùn)行，達(dá)到無擾切換目的。這種配置方案提高了子站硬件整體的可靠性。協(xié)調(diào)控制器通過電以太網(wǎng)、IEC60870-5-104規(guī)約與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)
點(diǎn)表如下
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，所述子站系統(tǒng)由1臺工作站、1臺協(xié)調(diào)控制器和1臺功率優(yōu)化控制器組成。其中協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器放置于電子設(shè)備間，工作站放置于監(jiān)控室。子站系統(tǒng)特征在于所述協(xié)調(diào)控制器通過通信的方式獲取風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)和調(diào)度中心的信息，然后將這些信息提供給工作站和功率優(yōu)化控制器，其中所述風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)包括風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)群監(jiān)控系統(tǒng)，所述協(xié)調(diào)控制器獲取的風(fēng)電場第三方子系統(tǒng)的信息包括風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)的超短期預(yù)測數(shù)據(jù)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率裕度及運(yùn)行模式、升壓站并網(wǎng)點(diǎn)及各個集電線路處的電氣數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無功功率及運(yùn)行模式，獲取的調(diào)度中心的信息包括調(diào)度中心對于風(fēng)電場有功功率控制指令和調(diào)度中心對于風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓目標(biāo)指令；所述工作站為子站系統(tǒng)的人機(jī)接口，供風(fēng)電場調(diào)度運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)控； 所述功率優(yōu)化控制器運(yùn)行功率優(yōu)化控制邏輯，輸出功率調(diào)節(jié)指令，經(jīng)由協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)給風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)；所述工作站、協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器通過雙冗余的以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互； 所述功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場有功功率控制指令后，計(jì)算一次調(diào)頻的有功變化量，并將調(diào)度中心的控制指令和一次調(diào)頻的有功變化量累加后作為風(fēng)電場最終的有功功率控制指令，然后按照設(shè)定有功功率分配策略計(jì)算各個風(fēng)電機(jī)組的目標(biāo)有功功率作為各風(fēng)電場的有功功率控制指令；功率優(yōu)化控制器進(jìn)行有功功率控制時采用通信軟控和集電線路硬切的雙重控制方式；功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的調(diào)度中心對于風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓目標(biāo)指令后，通過與升壓站高壓母線電壓比較，計(jì)算出風(fēng)電場應(yīng)發(fā)的目標(biāo)無功，并按照無功功率分配策略計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)的目標(biāo)無功功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，其特征在于 協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器均為嵌入式控制器；協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器的電源模塊采用雙電源冗余方式配置，雙電源模塊同時運(yùn)行，正常工作時互為冗余的電源模塊處于均流狀態(tài)，若其中一個電源模塊損壞，則另一個電源模塊擔(dān)負(fù)整個協(xié)調(diào)控制器或功率優(yōu)化控制器的供電；功率優(yōu)化控制器采用主CPU模塊和備CPU模塊雙冗余配置方式，主CPU模塊和備CPU 模塊同時運(yùn)行相同應(yīng)用邏輯，主CPU模塊將數(shù)據(jù)定期同步傳送給備CPU模塊，當(dāng)主CPU模塊出現(xiàn)故障退出運(yùn)行后，備CPU模塊自動投入運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，其特征在于 所述功率優(yōu)化控制器接收協(xié)調(diào)控制器轉(zhuǎn)發(fā)的風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)頻率信息，對頻率進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)實(shí)際頻率超出調(diào)頻死區(qū)時，啟動一次調(diào)頻有功變化量計(jì)算； 一次調(diào)頻有功變化量計(jì)算公式為 Δ Pf = Kf Δ fr =0.05 —fn其中ΔΡ為一次調(diào)頻有功變化量，Af為風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際頻率和額定頻率之間的偏差，Kf為調(diào)頻系數(shù)，P為風(fēng)電場的實(shí)發(fā)功率總和，fn為額定頻率；調(diào)度中心的控制指令和一次調(diào)頻的有功變化量累加后作為風(fēng)電場最終的有功功率控制指令，但其上限為風(fēng)電場的當(dāng)前氣候條件下的最大發(fā)電能力，下限為風(fēng)電場所有風(fēng)電機(jī)組最小運(yùn)行功率總和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，其特征在于 有功功率分配策略至少包括以下內(nèi)容對于指定的處于自由發(fā)電的風(fēng)電機(jī)組、即用于為風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)提供真實(shí)有效的反校數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組，其目標(biāo)有功功率為該風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前氣候條件下的最大發(fā)電能力；對于其余的風(fēng)電機(jī)組，以超短期風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)作為風(fēng)電機(jī)組的當(dāng)前有效有功功率容量，采用等比例的方法計(jì)算各風(fēng)電機(jī)組的目標(biāo)有功功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，其特征在于 所述功率優(yōu)化控制器對風(fēng)電場對風(fēng)電場各機(jī)組進(jìn)行有功功率控制時，以通信軟控為主要手段，以集電線路硬切為后備手段；即當(dāng)所述功率優(yōu)化控制器與風(fēng)電場各機(jī)組通信正常時，由功率優(yōu)化控制器向風(fēng)電機(jī)組下發(fā)并執(zhí)行各風(fēng)電機(jī)組有功功率控制指令來實(shí)現(xiàn)對有功功率的精確控制；當(dāng)協(xié)調(diào)控制器與風(fēng)電機(jī)組通信中斷，功率優(yōu)化控制器用硬接線直接控制集電線路斷路器的分合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，其特征在于所述無功功率分配策略優(yōu)選為相似裕度法，即當(dāng)需要增加無功功率時，使所有無功源的無功運(yùn)行點(diǎn)距離其無功上限的距離有相同的百分比；當(dāng)需要減少無功功率時，使所有無功源的無功運(yùn)行點(diǎn)距離其無功下限的距離有相同的百分比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行功率優(yōu)化控制子站系統(tǒng)，所述子站系統(tǒng)由工作站、協(xié)調(diào)控制器和功率優(yōu)化控制器組成。所述子站系統(tǒng)對風(fēng)電場的第三方子系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，在進(jìn)行功率控制時滿足“直采直控”和“數(shù)據(jù)同源”的要求。就有功功率控制而言，以調(diào)度指令為基礎(chǔ)，輔以一次調(diào)頻的有功變化量作為最終的有功指令。進(jìn)行有功功率分配時，依據(jù)風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)提供的超短期預(yù)測數(shù)據(jù)在各個風(fēng)電機(jī)組間進(jìn)行分配，并可設(shè)置部分風(fēng)電機(jī)組處于自由發(fā)電狀態(tài)，從而為風(fēng)功率預(yù)測子系統(tǒng)提供真實(shí)有效的模型校正數(shù)據(jù)。進(jìn)行無功功率控制時，風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償系統(tǒng)均參與無功功率的調(diào)節(jié)。
文檔編號H02J3/18GK102496966SQ20111038373
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者奚志江, 崔彥波, 張志東, 楊詠林, 焦邵華, 王振霞, 王曉峰, 連倩 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司