一种新能源站进行快速功率控制的通讯方法技术

本发明专利技术涉及一种针对光伏，风电等新能源电站控制大量发电单元进行快速功率调节以满足系统一次调频类似快速响应需求的通讯方法，该发明专利技术通过基于以太网的组播或广播快速下发至各发电单元，发电单元接收无需通讯确认，也无需执行后功率快速回传；厂站快速功率控制装置通过对电站并网点采集计算得到调节效果从而形成闭环控制；厂站快速功率控制装置对众多发电单元常规非实时信息的需求通过各发电单元TCP通讯上送来实现。该发明专利技术旨在解决当前新能源尤其是光伏电站功率调节通讯迟缓带来的对电网响应迟钝的问题，以提高新能源电站的控制调节水平。

A communication method for fast power control in a new energy station

The invention relates to a method for photovoltaic, wind power and other new energy power generation unit is adjusted to meet the control of a large number of a FM system similar to communication method demand rapid response fast power, the invention through Ethernet multicast or broadcast quickly issued to each power unit based on power generation unit receives no communication confirmation, there is no need to after the implementation of the power plant fast return; fast power control device based on power station and network acquisition calculated the moderating effect so as to form a closed loop control station; fast power control device of the power generating units of conventional non real time information sent by demand of the power generation unit of TCP communication. The aim of the invention is to solve the problem of slow response of new energy sources, especially the delayed power regulation of photovoltaic power stations, so as to improve the control level of new energy plants.

【技术实现步骤摘要】
一种新能源站进行快速功率控制的通讯方法
本专利技术涉及新能源发电自动化领域，尤其涉及一种在大型新能源光伏电站中应用的新能源快速功率调节的站内通讯实现方法。
技术介绍
目前我国大多数地区对风电、光伏等新能源采取的是大规模集中式的开发模式，每个大规模新能源开发区域都分布着数十个新能源场站，而单个新能源场站的装机容量都较大。由于新能源发电固有的间歇性特点，大规模新能源并网给电网运行带来了极大的挑战。为保障大规模新能源接入下电网运行的安全稳定，2011年以来，国家标准委员会和国网公司颁布了标准《Q/GDW617-2011光伏电站接入电网技术规定》和《GBT_19963-2011风电场接入电网技术规定》，提出了在光伏电站、风电场配置有功功率控制系统(以下简称AGC系统)的要求，同类的还有电压控制AVC的要求。以光伏电站为例，站内功率和电压调节通常是由AGC/AVC系统完成的。该系统的通讯接入方式是：户外方阵中的逆变器等设备通过串口接入到方阵中的通信管理装置，通信管理装置将其转换为IEC104、IEC103等通讯规约后再通过光纤环网接入到站内环网总交换机，然后再经过2～3级交换机再接入到站内AGC/AVC服务器。行业内，光伏、风电等新能源电站的AGC/AVC控制启动响应时间一般为20s，而其整个控制响应时间长达2分钟以上，这种系统一般只能参与电力系统的几分钟级的二次调频，主要进行电力系统长周期计划功率调节，无法达到电力系统一次调频的速度和性能要求。近年来，随着我国光伏、风电等可再生新能源的大面积推广以及这些新能源发电容量在整个电网中的比例逐步提升，电网对新能源提出了越来越高、越来越快的功率支撑和响应需求。由于光伏、风电等新能源发电出力不确定性，对西藏、青海、甘肃、内蒙古等新能源占比大的省份的电网造成调峰困难现象尤为突出，新能源站的传统AGC/AVC系统因响应速度慢已越来越难以满足目前电网对新能源调节相应的需求，为此迫切需要新能源电站整体提高功率反应速度主动参与电力系统一次调频，成为电网“友好型”电源。即当系统故障或紧急事故发生时，新能源快速功率调节响应以便尽快使系统进入稳定状态。需要指出的是，光伏等新能源通过基于电力电子技术的逆变器接入电网，从逆变器本体技术上，是具备功率快速控制以及有功、无功独立控制的能力。对于我国西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙古等新能源占比容量较大的省份，当前弃光弃风比较严重，以西藏光伏为例，光伏电站限制为50％的容量发电，在大部分良好天气下，这为每个光伏电站留出了上下各50％的可调节功率容量，通过实施光伏电站的功率快速回降与提升控制，在电网紧急控制的时间尺度内(10秒)，外部输入功率(光或风)相对是比较稳定的，此时新能源电站如果通过功率快速回降或者提升，接受上级系统的调节指令，并参与电网的频率和电压调节，将对电网的安全稳定运行发挥巨大的作用，当发生直流闭锁或者大电源损失等严重故障下，可以少切甚至不切负荷，从而降低所在区域电网运行控制的压力。同时，可以有效提升所在电网的频率、电压控制能力，增强电网的稳定水平。虽然逆变器本体具备快速功率调节的潜力，然而目前新能源电厂站内的通信网络协议和发电单元通讯接口多不支持上述协调控制方案的通信快速性要求，需要按新的方案的要求设计通信协议和接口。理论上，新能源站级快速功率控制装置或系统可以完全基于统一的高速通讯协议实现与全站众多各新能源发电单元的收发交互通讯。但考虑到其中与全站众多的新能源发电单元收发会形成海量通讯报文，这会大大消耗和占用本系统中包括站级快速功率控制装置、网络交换机以及目标发电单元的计算、存储和通讯资源，使得对各层级设备硬件成本要求大大提高；另一方面，站级快速功率控制装置接收下级各新能源发电单元功率调节信息反馈，目标是要获得汇总累加后的调节实际效果，而这个全站调节后的实际效果，我们通过对新能源升压站并网点的电流电压采集计算，进行功率计算就可以得到全站所有新能源发电单元实时发电功率总和减去各级损耗后的真正上网功率，这个并网点的上网功率值是最真实的，是站级快速功率控制装置调节控制的根本。因此，从数据需求和准确度来看，我们无需从各新能源发电单元高速获取功率执行信息。我们只需实现功率调节信息的高速下达，新能源发电单元接收后执行即可。这样，我们就可以取消发电单元对上级系统的高速通讯回传。对于上级系统对于下级众多发电单元的一些非实时性信息需求，我们采用常规的TCP网络通讯方式进行非实时传输；具体协议可以是基于以太网的MMS、MODBUS、IEC103、IEC104和OPC通讯协议；此外发电单元与厂站级新能源快速功率控制装置之间信息上送可以进行直接互通或者基于规约转换单元的间接通讯方式。上送的信息包含装置较完整的遥信、遥测、遥控、遥调信息。这样，考虑到厂站快速功率控制装置以及网络通讯设备的硬件成本，数据需求以及数据可靠性等方面，我们对相关通讯方法进行重新设计，目标是大大提升新能源电站内的各发电单元功率控制整体通讯响应速度至百毫秒内，而同时保证对系统中各层次装置设备的性能成本需求在较低的范围内，并且还要求能够使得该系统与原有各通讯系统保持兼容，这需要我们对相关系统通讯方法进行深入设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：1)解决站级系统与众多发电单元高速通讯需求与对相关系统高成本高性能需求矛盾的问题。使用基于以太网的快速组播一对多直接通讯下发方式，与包含以太网TCP通讯上送接收相结合的通讯方式，可在满足功率调节通讯功能需求下，降低相关功能实现对系统中各层次设备软硬件高性能指标的需求。2)解决快速功率控制系统组播快速功率控制下发无需高速回传情况下如何实现快速闭环控制的问题，通过并网点电流电压采集计算功率值进行闭环控制，速度快准确性高。3)解决快速功率控制系统组播快速模块下发报文无回传确认情况下如何实现对侧接收可靠性的问题，通过数据突变时刻开始连续多帧快速重复报文发送实现，速度快，冗余度高。4)解决新能源快速功率控制系统升级与已建常规光伏电站现有通讯网络系统兼容的问题，方法对系统各层次设备没有超出当前常规水平的高性能需求，无需新增或者升级网络设备，节约投资成本。采用上述方法和系统方案后，本专利技术的有益效果是：1、采用本方法后，可解决传统新能源电站大批量发电单元群体控制功率调节一对一通讯命令下达速度慢，而高速一对一通讯又会对系统各层级设备提出高性能高成本需求的矛盾。通过快速组播一对多直接通讯下发，与以太网TCP通讯上送相结合的通讯方式，有效降低相关系统、装置与设备性能需求，从而降低相关经济成本，有利于新能源的长期发展。2、采用本方法，可以保留原有通讯系统架构和监控系统设备，对于现有的大量新能源电站提升新能源发电单元快速功率控制的需求，通讯及相关系统改造成本低，工作量小。3、采用本方法后、已有大量已建新能源光伏电站能进行兼容性升级，这能大大提高众多新能源站参与系统调频调压响应的可控性和快速性，使得大量风电、光伏等新能源电站能进一步接近火电、水电等常规发电厂的运行控制特性的，这有利于提高新能源在电网中的接入消纳能力；同时，这有利于快速挖掘各新能源单元的无功潜力，可以减少甚至取消当前新能源电站所需的无功补偿SVC/SVG设备和配置容量，减少新能源电站相关设备电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应新能源电站快速功率控制的通讯方法，其特征在于：在新能源电站厂站快速功率控制装置与站内发电单元之间的交互通讯，采用网络组播或广播方式一对多快速通讯下发；厂站快速功率控制装置通过对新能源电站并网点电流电压直接采集计算全站当前功率获得全站快速调节效果从而形成闭环控制；厂站快速功率控制装置通过由发电单元TCP通讯上传的方式实现对发电单元常规非实时信息的获取。

【技术特征摘要】
1.一种适应新能源电站快速功率控制的通讯方法，其特征在于：在新能源电站厂站快速功率控制装置与站内发电单元之间的交互通讯，采用网络组播或广播方式一对多快速通讯下发；厂站快速功率控制装置通过对新能源电站并网点电流电压直接采集计算全站当前功率获得全站快速调节效果从而形成闭环控制；厂站快速功率控制装置通过由发电单元TCP通讯上传的方式实现对发电单元常规非实时信息的获取。2.根据权利要求1所述的一种适应新能源电站快速功率控制的通讯方法，其特征在于：所述发电单元的可靠接收是通过在报文内容值突变时刻开始间隔时间t快速连续n帧重复内容发送实现，后续组播/广播报文将进入稳态T时间间隔心跳发送，其中快速发送间隔时间t的范围为1～2ms，连续重复帧数n范围为2～3ms，稳态间隔发送时间T范围为5～10s。3.根据权利要求1所述的一种适应新能源电站快速功率控制的通讯方法，其特征在于：厂站快速功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑超，俞诚生，段胜朋，侯炜，王仁斌，王文龙，陈俊，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32