为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法技术

本发明专利技术为新能源发电单元提供一种为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法，支持快速通讯和常规通讯使之能同时满足高速接收上级功率指令和常规通讯需求，从而为该发电单元参与系统一次调频创造通讯条件。所述方法通过提供一个具备对上接收高速组播与对下通讯转发，并具备常规通讯与通信管理功能的接口装置，解决传统新能源发电单元不具备高速通讯能力的问题。这为常规新能源电站尤其是光伏电站升级改造提升功率响应速度，以便参与电力系统一次调频打下技术基础。该方法有利于提高新能源电站并网友好性，有助于提升电网新能源的消纳能力和安全稳定性。

【技术实现步骤摘要】
为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法
本专利技术涉及发电自动化控制领域，尤其涉及一种在大型新能源光伏电站或风电场中应用并提供快速和常规通讯兼容接口使常规新能源发电单元满足系统一次调频通讯需求的方法。
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厂站，而单个新能源厂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。对于功率快速回降或者提升的需求，虽然逆变器本体具备快速功率调节的潜力，各逆变器基于本身就地并网点电流电压采集进行的各自独立快速控制又会面临导致功率振荡的问题，因此需要一个全站的协调控制；然而目前新能源电厂站内的通讯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讯快速性要求，需要按新的方案的要求设计通讯协议和接口。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厂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，厂站级快速功率控制装置接收下级代表各新能源发电单元的接口装置的功率调节信息反馈，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，再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。因此，从数据需求和准确度来看，我们无需从代表各新能源发电单元的接口装置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，我们就可以取新能源发电单元对上级系统的高速通讯回传。需要指出的是，虽然光伏逆变器等新能源发电单元基于电力电子原理上支持20～30毫秒内快速功率执行响应的能力，但是现有这些光伏逆变器产品除少数产品外，大部分还不满足上述协调控制方案的通讯快速性要求，这就要求对这些逆变器进行相关通讯功能升级和改造。对于其中一些逆变器产品，我们可以通过软硬件功能升级的方法使之直接支持快速通讯。而对于另外现有的大部分逆变器产品，由于这些产品原有的硬件或软件的不足，难以通过软硬件升级满足快速功率控制的通讯要求，这就需要我们提出一种解决这种常规新能源发电单元快速通讯接口问题使之能高速接收上级系统功率调节指令；当接口装置解决了传统新能源发电单元的高速通讯需求后，因为新能源发电单元还有正常对外的常规信号采集上送通讯需求，最好也能融合到接口装置中，否则会带来复杂的通讯接线和通讯配置问题；因此，该方法还要能给接口装置加入兼容常规通讯和通信管理的相关功能。对于上级系统对于下级众多代表传统发电单元的接口装置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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：1)传统新能源发电单元不支持快速通讯，不能满足系统一次调频的快速功率调节的通讯需求。2)在没有快速接收发电单元上送功率时，传统新能源发电缺少快速功率反馈，不能实现快速的功率闭环控制。3)当传统新能源发电单元接收到多种不同需求等级功率调节命令和多种来源功率调节命令时，很可能出现功率执行选择与执行冲突的问题。4)作为传统新能源发电单元的接口装置，在不同应用场景如组串式逆变器光伏方阵和集中式逆变器光伏方阵不同应用场景中，存在单台功率命令下达和多台功率调节命令总值下达情况时，接口装置很可能出现转发执行混乱的问题。为解决上述问题，本专利技术采用的方法是：通过提出一个新能源发电单元的接口装置，接口装置设置两种通讯方式，一种是对上高速组播或广播接收通讯，一种是对上常规TCP通讯；接口装置还具备对下向新能源发电单元快速通讯转发功能，同时具备通信管理、多路功率调节命令策略选择和功率分解分配功能；方法中接口装置布置在传统新能源发电单元与上级系统之间，物理位置靠近传统新能源发电单元，对下通过串口或以太网口与传统新能源发电单元通讯，对上通过以太网口与上级各系统通讯。通过提出上级相应装置或系统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实时调节效果，从而形成快速闭环控制，解决接口装置不高速回传发电单元状态如何实现闭环的难题。通过提出增加功率调节命令执行策略环节，将快速一次调频功率调节命令与其它来源如AGC/AVC等二次或三次调频功率调节命令进行选择判断，之后形成统一功率调节决策的方法，解决功率调节命令兼容性与多命令执行冲突难题。提出在接口装置中提供功率分解功能，针对性处理不同类型如组串式方阵和集中式方阵的单台目标值和多台总目标值功率调节命令，进行相应的分解分配，解决转发功率值不当可能导致的新能源发电单元功率执行混乱的问题。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，可解决新能源电站大批传统发电单元因自身不能满足快速通讯需求而难以满足新能源快速功率调节而参与电力系统一次调频的难题，还能满足常规新能源通讯和信息采集的需求，这些降低新能源参与电力系统一次调频的技术门槛，提高新能源的快速调节水平，这有利于提高新能源在电网中的接入消纳能力。2、采用本方法后，通过快速组播一对多直接通讯下发，而无需高速状态回传，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；同时采用并网点功率采集计算实现闭环控制，高准确度与高本文档来自技高网...

【技术保护点】
为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法，其特征在于：提供一个新能源发电单元的接口装置，所述接口装置设置两种网络通讯方式，一种是基于高速组播或广播网络通讯，一种是基于TCP/IP网络通讯；所述接口装置具备对下向新能源发电单元快速通讯转发功能、通信管理功能、多路功率调节命令策略选择和功率分解分配功能；所述接口装置设置在新能源发电单元与上级系统之间，通过串口或以太网口与新能源发电单元通讯，通过以太网口与上级系统通讯。

【技术特征摘要】
1.为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法，其特征在于：提供一个新能源发电单元的接口装置，所述接口装置设置两种网络通讯方式，一种是基于高速组播或广播网络通讯，一种是基于TCP/IP网络通讯；所述接口装置具备对下向新能源发电单元快速通讯转发功能、通信管理功能、多路功率调节命令策略选择和功率分解分配功能；所述接口装置设置在新能源发电单元与上级系统之间，通过串口或以太网口与新能源发电单元通讯，通过以太网口与上级系统通讯。2.根据权利要求1所述的一种为新能源发电单元提供快速和常规通讯兼容接口的方法，其特征在于：所述方法中基于高速组播或广播通讯接口方法使得上级相应装置或系统对新能源发电单元的各接口装置进行一对多快速通讯下发；上级相应装置或系统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实时调节效果从而形成快速闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑超，王仁斌，段胜朋，陶士全，侯炜，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