面向多应用场景的新能源数据采集装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了面向多应用场景的新能源数据采集装置、系统及方法，采集现场数据并利用电能质量分析模块、故障行为特性分析模块、有功功率控制能力测试模块及防孤岛分析模块对数据进行分析处理。采集现场数据并利用电能质量分析模块、故障行为特性分析模块、有功功率控制能力测试模块及防孤岛分析模块对数据进行分析处理。本发明专利技术考虑测试设备数据种类多、数据量大、可靠性要求高的特点，具有数据分类处理能力强、试验检测功能全面、测验结果可靠性高的显著优势。

New energy data acquisition device, system and method for multi application scenarios

The invention discloses a new energy data acquisition device, system and method for multi-application scenarios. The field data are collected and analyzed by power quality analysis module, fault behavior analysis module, active power control capability test module and anti-islanding analysis module. Field data are collected and analyzed by power quality analysis module, fault behavior analysis module, active power control capability test module and anti-islanding analysis module. Considering the characteristics of various types of data, large amount of data and high reliability requirement of test equipment, the invention has the remarkable advantages of strong data classification and processing ability, comprehensive test and detection functions, and high reliability of test results.

【技术实现步骤摘要】
面向多应用场景的新能源数据采集装置、系统及方法
本专利技术涉及新能源远程测试
，特别是涉及面向多应用场景的新能源数据采集装置、系统及方法。
技术介绍
由电网公司提出的“全球能源互联网概念”得到了世界主要国家的积极响应。其从全球视野、战略高度研究思考世界能源可持续发展这一事关全人类共同利益的重大命题，系统分析了全球化石能源和清洁能源的历史角色、现实作用与未来定位，揭示了能源发展客观规律，深刻指出清洁替代和电能替代将成为全球能源发展的必然趋势，提出了树立全球能源观，以全球性、历史性、差异性、开放性的全新立场和观点，研究解决全球能源可持续发展问题，在分析全球能源电力供需格局与电力流、“一极一道”(北极和赤道附近地区)和各洲大型清洁能源基地开发的基础上，对全球能源互联网构建方案、实施路径、技术创新以及工程实践进行了系统论述。风电作为技术最成熟的新能源利用方式之一，在国家的大力支持下已经实现连续五年翻番的快速增长，截至2010年底我国风电总安装容量达到4473万千瓦，排名世界第一，预计到2020年我国风电的总装机容量将达到1.5亿千瓦左右，其中海上风电和光伏发电将迎来大规模发展的时期。风力发电和光伏发电地理位置主要位于人迹罕至草原、荒山、沙漠、海边等，特别是海上发电，在海上环境下，受到海浪等因素的影响，因此对于风电场或光伏电站的并网检测、设备运行维护、设备状态检修等实现比较困难，而风电场和光伏电站并网数据量大，缺乏有效的状态评估模式，运行维修技术不成熟。因此，风电和光伏发电的并网检测、运行和维护需要寻求一种不同于火力发电的检测方式。现有技术中存在的远程测试系统，一般只针对风电场或光伏电站设备的运行数据进行综合性采集分析，不能单独对某一特性行为进行深入分析。测试节点位于地理上分散的位置，测试系统从多个不同的信息采集节点采集数据，分析时选择正确的动态数据对于提高测试准确性显得极为重要，由于网络延迟等原因，会造成送达试验与检测数据中心的数据时间和空间不能正确对应，将给整个系统性能带来重大影响，而现有系统对数据实时性要求不高，各节点数据因网络延迟问题不能反映时间在某时刻的准确状态，影响测试结果。设备运行状况会对测试结果产生一定影响，而风电场或光伏电站数量多且分布较为分散，现有远程测试系统一般不对设备进行监督，在进行测试时不能及时掌握设备运行状况。若要对风电场或光伏电站进行更加全面地测试与监督，需要同时安装多个不同功能的系统，各个系统重复采集数据，系统间信息交互性差且操作较为复杂，因此亟需构建可满足多种功能需求、应用在不同场景的远程试验与测试系统。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供了面向多应用场景的新能源数据采集装置，本专利技术具有数据分类处理能力强、试验检测功能全面、测验结果可靠性高的显著优势。面向多应用场景的新能源数据采集装置，采集现场数据并利用电能质量分析模块、故障行为特性分析模块、有功功率控制能力测试模块及防孤岛分析模块对数据进行分析处理；所述电能质量分析模块，采用主客观权重线性加权确定指标综合权重，将代表电能质量的指标进行去量钢化处理获得无量纲决策矩阵；将无量纲决策矩阵与指标综合权重相乘形成加权矩阵；然后将进行分裂，形成各指标序列，其分别为加权化后的理想电能质量指标序列、待评估电能质量指标序列和等级界限电能质量指标序列；以理想电能质量指标序列为参考序列，由等级界限电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算而得到第一匹配系数；由待评估电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算得到第二匹配系数；依据第一匹配系数确定电能质量评估等级范围，根据第二匹配系数确定输出匹配系数值；故障行为特性分析模块，建立风电场动态模型以及光伏发电系统仿真模型，并接入无穷大电力系统中，分析其在电网发生三相短路故障时对风电光伏发电机组出口电压的影响；有功功率控制能力测试模块，将预先设置好的功率曲线下发给运动机，通过AGC系统实现光伏、风电场有功控制，同时实时跟踪记录并网点处有功功率变化，并将预先设置好的有功功率曲线与实时采集到的有功功率变化曲线拟合到同一时间坐标内进行对比分析；防孤岛分析模块，实时采集公共连接点PCC电压，对电压进行快速傅里叶变换提取谐波幅值，同时对电压进行处理得到特征值，特征值和谐波幅值同时与设定的孤岛阂值进行比较，从而判断是否发生孤岛。进一步的，所述电能质量分析模块中电能质量指标包括电压偏差、暂态压降、三相不平衡、电压波动、电压闪变、电压谐波、频率偏差、供电可靠性、服务性指标，对电能质量指标依据电能质量等级标准分为5级，对应为优质、良好、中等、合格、不合格。进一步的，所述电能质量分析模块中客观权重采用熵值法，主观权重采用层次分析法，将评估样本与等级指标结合，利用线性比例变换法，对指标进行去量钢，形成成本型决策矩阵，并进一步做标准归一化处理得到无量纲决策矩阵，将已得到的客观权重和主观权重进行线性加权，得到各指标的综合权重向量。进一步的，所述电能质量分析模块中依据第一匹配系数确定电能质量评估等级范围，根据第二匹配系数确定输出匹配系数，在输出电能质量评估结果时将电能质量评估等级范围及输出匹配系数转换成百分制的形式输出。进一步的，所述电能质量分析模块中第一匹配系数及第二匹配系数利用DTW算法获得。进一步的，所述故障行为特性分析模块中，监测量包括直流母线电压/电流、有功功率、无功功率、转子电压/电流和转速，仿真模型输入由风速、光辐照度和无功功率给定，输出通过变压器及输电线路与电网相连，并采用相应的标准验证发电机组故障穿越能力。进一步的，所述故障行为特性分析模块中，利用阻抗分压切换在二次侧模拟电压跌落和跃升的暂态过程，跌落深度可调，高穿幅度可调，跌落、高穿时间可调，同时实时跟踪记录并网点处及无功补偿装置支路无功功率变化，进行无功暂态分析和故障恢复时间特性分析。进一步的，所述有功功率控制能力测试模块数据通信过程具体包括：远动机：负责和有功功率控制能力测试模块通信，接收有功功率控制能力测试模块中的测试系统的指令并将数据传输至AGC控制系统中上位机；上位机：根据最优的调节策略组合从网络下发调节指令至运动机，作为设备测试系统指令的中转站；规约支持层：包括AGC控制系统中OPC工作站和AGC控制系统中通信管理机，主要负责和各监控系统及无功补偿装置的信息交互。进一步的，所述有功功率控制能力测试模块中，光伏、风电场分配有功功率时，以光伏、风电场集群有功出力最大、联络线损耗最小为目标建立目标函数，对目标函数进行约束的条件包括：网络安全约束、输出功率约束、最大功率变化率约束、频繁启停约束，目标函数及约束条件构成光伏、风电场有功功率分配模型。进一步的，所述防孤岛分析模块中，对电压进行处理得到特征值具体为：将电压通过Clark转换为两相定子坐标向量，再结合派克变换转换到旋转坐标dq轴上，使得电流分量只受两相定子坐标向量的作用；运用锁相环技术提供坐标变换及后续控制的频率和相角信息，利用小波分解技术将电压在不同尺度下分解为低频分量和高频分量，采用Mallat算法进行高频分量处理得到特征值。新能源远程试验与测试系统，包括数据采集装置、远程数据测试中心、现场监控中心；所述现场监控中心作为远程通讯的中继分站，同时与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，采集现场数据并利用电能质量分析模块、故障行为特性分析模块、有功功率控制能力测试模块及防孤岛分析模块对数据进行分析处理；所述电能质量分析模块，采用主客观权重线性加权确定指标综合权重，将代表电能质量的指标进行去量钢化处理获得无量纲决策矩阵；将无量纲决策矩阵与指标综合权重相乘形成加权矩阵；然后将进行分裂，形成各指标序列，其分别为加权化后的理想电能质量指标序列、待评估电能质量指标序列和等级界限电能质量指标序列；以理想电能质量指标序列为参考序列，由等级界限电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算而得到第一匹配系数；由待评估电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算得到第二匹配系数；依据第一匹配系数确定电能质量评估等级范围，根据第二匹配系数确定输出匹配系数值；故障行为特性分析模块，建立风电场动态模型以及光伏发电系统仿真模型，并接入无穷大电力系统中，分析其在电网发生三相短路故障时对风电光伏发电机组出口电压的影响；有功功率控制能力测试模块，将预先设置好的功率曲线下发给运动机，通过AGC系统实现光伏、风电场有功控制，同时实时跟踪记录并网点处有功功率变化，并将预先设置好的有功功率曲线与实时采集到的有功功率变化曲线拟合到同一时间坐标内进行对比分析；防孤岛分析模块，实时采集公共连接点PCC电压，对电压进行快速傅里叶变换提取谐波幅值，同时对电压进行处理得到特征值，特征值和谐波幅值同时与设定的孤岛阂值进行比较，从而判断是否发生孤岛。...

【技术特征摘要】
1.面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，采集现场数据并利用电能质量分析模块、故障行为特性分析模块、有功功率控制能力测试模块及防孤岛分析模块对数据进行分析处理；所述电能质量分析模块，采用主客观权重线性加权确定指标综合权重，将代表电能质量的指标进行去量钢化处理获得无量纲决策矩阵；将无量纲决策矩阵与指标综合权重相乘形成加权矩阵；然后将进行分裂，形成各指标序列，其分别为加权化后的理想电能质量指标序列、待评估电能质量指标序列和等级界限电能质量指标序列；以理想电能质量指标序列为参考序列，由等级界限电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算而得到第一匹配系数；由待评估电能质量指标序列与理想电能质量指标序列进行比较计算得到第二匹配系数；依据第一匹配系数确定电能质量评估等级范围，根据第二匹配系数确定输出匹配系数值；故障行为特性分析模块，建立风电场动态模型以及光伏发电系统仿真模型，并接入无穷大电力系统中，分析其在电网发生三相短路故障时对风电光伏发电机组出口电压的影响；有功功率控制能力测试模块，将预先设置好的功率曲线下发给运动机，通过AGC系统实现光伏、风电场有功控制，同时实时跟踪记录并网点处有功功率变化，并将预先设置好的有功功率曲线与实时采集到的有功功率变化曲线拟合到同一时间坐标内进行对比分析；防孤岛分析模块，实时采集公共连接点PCC电压，对电压进行快速傅里叶变换提取谐波幅值，同时对电压进行处理得到特征值，特征值和谐波幅值同时与设定的孤岛阂值进行比较，从而判断是否发生孤岛。2.如权利要求1所述的面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，所述电能质量分析模块中电能质量指标包括电压偏差、暂态压降、三相不平衡、电压波动、电压闪变、电压谐波、频率偏差、供电可靠性、服务性指标，对电能质量指标依据电能质量等级标准分为5级，对应为优质、良好、中等、合格、不合格；所述电能质量分析模块中客观权重采用熵值法，主观权重采用层次分析法，将评估样本与等级指标结合，利用线性比例变换法，对指标进行去量钢，形成成本型决策矩阵，并进一步做标准归一化处理得到无量纲决策矩阵，将已得到的客观权重和主观权重进行线性加权，得到各指标的综合权重向量。3.如权利要求1所述的面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，所述电能质量分析模块中依据第一匹配系数确定电能质量评估等级范围，根据第二匹配系数确定输出匹配系数，在输出电能质量评估结果时将电能质量评估等级范围及输出匹配系数转换成百分制的形式输出；所述电能质量分析模块中第一匹配系数及第二匹配系数利用DTW算法获得。4.如权利要求1所述的面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，所述故障行为特性分析模块中，监测量包括直流母线电压/电流、有功功率、无功功率、转子电压/电流和转速，仿真模型输入由风速、光辐照度和无功功率给定，输出通过变压器及输电线路与电网相连，并采用相应的标准验证发电机组故障穿越能力。5.如权利要求1所述的面向多应用场景的新能源数据采集装置，其特征是，所述故障行为特性分析模块中，利用阻抗分压切换在二次侧模拟电压跌落和跃升的暂态过程，跌落深度可调，高穿幅度可调，跌落、高穿时间可调，同时实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张用，苏建军，程艳，王玥娇，王士柏，滕伟，于芃，孙树敏，赵鹏，李广磊，张兴友，赵帅，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37