一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统技术方案

本发明专利技术涉及新能源发电技术中的风电场控制技术领域，尤其是一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，包括站控层计算机监控网络和为系统中的设备提供统一时钟的GPS系统，站控层计算机监控网络通过间隔层数据通信网络连接有现地层数据测控网络和变电站测控保护系统，所述间隔层数据通信网络包括电网接入控制单元和通信控制单元，站控层计算机监控网络、现地层数据测控网络和变电站测控保护系统均与电网接入控制单元和通信控制单元信号连接，本发明专利技术能够在风电场级对风电场的实时出力进行统一规划，有利于并网风电场与接入地区电网相互协调配合运行。

A wind farm energy management system with grid access control function

The invention relates to the technical field of wind farm control in new energy power generation technology, in particular to a wind farm energy management system with grid access control function, which includes a computer monitoring network of station control layer and a GPS system providing a unified clock for the equipment in the system, and a computer monitoring network of station control layer communicates data through the interval layer. The communication network connects the existing stratum data measurement and control network and the power station measurement, control and protection system. The interval layer data communication network includes the grid access control unit and communication control unit, the station control layer computer monitoring network, the present stratum data measurement and control network and the power station measurement, control and protection system, all of which are connected with the grid access control unit and communication control unit. With the unit signal connection, the invention can plan the real-time output of the wind farm uniformly at the wind farm level, and is beneficial to coordinated operation of the grid-connected wind farm and the connected regional power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统
本专利技术涉及新能源发电技术中的风电场控制
，尤其涉及一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统。
技术介绍
近10年来，风力发电在全球以年增长率超过30％而成为发展最快的清洁能源。目前，风力发电的核心控制技术一直掌握在国外企业手中，风电场监控系统等核心控制技术尚未实现国产化，机组控制系统、风电场监控系统等相关控制产品完全依赖进口。随着风电场数量的增加和规模的扩大、风电场监控系统受制于人给风电场的运行管理带来的弊端也日趋明显。风电场中央监控与远程控制系统用于集中和远程监控风电机组和风电场的运行，运用现代信息和通讯技术，实时收集、分析并报告各风电场的风力状况和机组、风电场运行状况监测数据，自动或根据管理人员反馈的指令对风电机组和风电场运行进行效率优化和安全保障控制。现有的风电场监控系统，例如丹麦Vestas公司的VestasOnline，一般由三部分组成：中央集控(站控层)、就地控制(现地层)、远方控制。监控系统可以实现多种功能，如数据采集与处理功能、控制功能、报警功能、画面显示、数据统计、打印报表、操作权限、多种曲线显示等，满足运行人员的各种需要，使运行人员可以在风电场中控室或远方进行监视与控制，同时风电运营公司通过该系统可以对各地的风电场的运行情况进行远程监控和管理，解决了风电运营公司以前难以对各地的风电场统一管理的问题，并且可以对风电场中的多种风电机组进行统一监控，实现了风电场无人值守的目标。目前，国内风电运营公司下属的风电场的远程监控和运营情况只能通过风电机组厂商各自配套的监控软件来实现，由于国内风电机组机型的多样性，而每一种机型的控制系统都不一样，都需要一套相应的中央集控软件和相应的远程监控软件，这些软件随着厂商的不同而不同，并且均无兼顾风电场与电网之间协调配合运行的风电场电网接入控制功能，无法与我国的电网调度控制系统接口。目前，我国风电场多为大规模风电场集中接入电力系统，风电场的总容量一般有几十MW到几百MW，在建设风电场的同时，一般都要新建配套的变电站。变电站和风电场的监控都在一个监控室内，因此一个监控室会拥有一套变电站监控系统和若干套风电场监控系统，相互之间无法实现信息共享与融合，这给风电场的运行管理以及维护带来极大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：设计一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，包括站控层计算机监控网络和为系统中的设备提供统一时钟的GPS系统，站控层计算机监控网络通过间隔层数据通信网络连接有现地层数据测控网络和变电站测控保护系统，所述间隔层数据通信网络包括电网接入控制单元和通信控制单元，站控层计算机监控网络、现地层数据测控网络和变电站测控保护系统均与电网接入控制单元和通信控制单元信号连接，所述电网接入控制单元包括风电场并网控制单元、风电场有功出力控制单元、风电场无功出力控制单元、风电场系统频率调节控制单元、风电场电压调节控制单元。优选的，站控层计算机监控网络包括与间隔层数据通信网络信号连接的SCADA服务器、操作员工作站、五防工作站、保护师工作站、管理工作站、风电预报工作站、Web服务器、风电场操作员培训系统、网络打印机。优选的，现地层数据测控网络包括与间隔层数据通信网络信号连接的风电机组、测风塔，风电机组与现地控制单元信号连接。优选的，变电站测控保护系统包括与间隔层数据通信网络信号连接的测控装置、保护装置、第三方智能设备。优选的，所述风电场并网控制单元包括以下步骤：A1、判断实时电网频率f是否满足风电场并网的频率要求：49Hz<f<51Hz，若满足进入步骤A2，否则，停止风电场并网；A2、判断风电场接入点实时电压V是否满足风电场并网的电压要求：对于110kV系统，105kV<V<115kV，对于220kV系统，210kV<V<230kV，若满足进入步骤A3，否则，停止风电场并网；A3、风电场按每分钟增加20％装机容量的速率逐步并网，达到当时最大可用有功出力的90％以上时，完成并网控制过程。优选的，所述风电场有功出力控制单元包括以下步骤：B1、接受有功出力调控指令，若有功出力调控指令来自电网调度中心，置判断标志flag为0，若有功出力调控指令来自现地层，置判断标志flag为1；B2、根据设定的有功最大变化率λ，按式(1)计算每分钟的风电场实时有功出力P：P＝Ppre+λ×Pmax(1)式中，Ppre为前一分钟的风电场实时有功出力，Pmax为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量Pins<30MW时，λ·Prmax≤6MW/min，当30MW≤Pins≤150MW时，λ·Prmax≤Pins/5，当Pins>150MW时，λ·Prmax≤30MW/min；B3、当flag＝0，进入步骤d，当flag＝1，按式(2)对风电场有功实时出力进行校验：P≤0.9Pava(2)式中，Pava为风电场可用最大有功出力，若满足式(2)，进入步骤B4，否则，退出控制；B4、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场有功出力控制；B5、对调控后的风电场实时有功出力进行采样，若满足有功出力调控指令的要求，退出控制，等待下一个调控指令，否则，回到步骤b。优选的，所述风电场无功出力控制单元包括以下步骤：C1、设定风电场无功出力值；C2、将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控。优选的，所述风电场系统频率调节控制单元包括以下步骤：D1、判断实时电网频率f是否满足电网运行的合格频率要求：49.5Hz<f<50.2Hz，若满足，进入步骤D5，若不满足，进入步骤D2；D2、根据设定的有功最大变化率λ，计算每分钟的风电场实时有功出力，若47Hz<f<49.5Hz，按式(1)增加风电场有功出力至P：P＝Ppre+λ×Pmax(1)式中，Ppre为前一分钟的风电场实时有功出力，Pmax为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量Pins<30MW时，λ·Prmax≤6MW/min，当30MW≤Pins≤150MW时，λ·Prmax≤Pins/5，当Pins>150MW时，λ·Prmax≤30MW/min，若50.2Hz<f<51Hz，按式(3)降低风电场有功出力至P：若f<47Hz或f>51Hz，风电场每分钟减少40％实时有功出力；D3、判断风电场有功出力P是否满足风电场运行要求，若P>Pmax或P<Pmin，则风电场有功出力P修正为：式中，Pmin为风电场最小有功出力；D4、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场系统频率调节控制；D5、设控制延时，通过判断控制延时触发下一次控制，回到步骤D1。优选的，所述风电场电压调节控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，包括站控层计算机监控网络和为系统中的设备提供统一时钟的GPS系统，站控层计算机监控网络通过间隔层数据通信网络连接有现地层数据测控网络和变电站测控保护系统，其特征在于：所述间隔层数据通信网络包括电网接入控制单元和通信控制单元，站控层计算机监控网络、现地层数据测控网络和变电站测控保护系统均与电网接入控制单元和通信控制单元信号连接，所述电网接入控制单元包括风电场并网控制单元、风电场有功出力控制单元、风电场无功出力控制单元、风电场系统频率调节控制单元、风电场电压调节控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，包括站控层计算机监控网络和为系统中的设备提供统一时钟的GPS系统，站控层计算机监控网络通过间隔层数据通信网络连接有现地层数据测控网络和变电站测控保护系统，其特征在于：所述间隔层数据通信网络包括电网接入控制单元和通信控制单元，站控层计算机监控网络、现地层数据测控网络和变电站测控保护系统均与电网接入控制单元和通信控制单元信号连接，所述电网接入控制单元包括风电场并网控制单元、风电场有功出力控制单元、风电场无功出力控制单元、风电场系统频率调节控制单元、风电场电压调节控制单元。2.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于：站控层计算机监控网络包括与间隔层数据通信网络信号连接的SCADA服务器、操作员工作站、五防工作站、保护师工作站、管理工作站、风电预报工作站、Web服务器、风电场操作员培训系统、网络打印机。3.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于：现地层数据测控网络包括与间隔层数据通信网络信号连接的风电机组、测风塔，风电机组与现地控制单元信号连接。4.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于：变电站测控保护系统包括与间隔层数据通信网络信号连接的测控装置、保护装置、第三方智能设备。5.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述风电场并网控制单元包括以下步骤：A1、判断实时电网频率f是否满足风电场并网的频率要求：49Hz<f<51Hz，若满足进入步骤A2，否则，停止风电场并网；A2、判断风电场接入点实时电压V是否满足风电场并网的电压要求：对于110kV系统，105kV<V<115kV，对于220kV系统，210kV<V<230kV，若满足进入步骤A3，否则，停止风电场并网；A3、风电场按每分钟增加20％装机容量的速率逐步并网，达到当时最大可用有功出力的90％以上时，完成并网控制过程。6.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述风电场有功出力控制单元包括以下步骤：B1、接受有功出力调控指令，若有功出力调控指令来自电网调度中心，置判断标志flag为0，若有功出力调控指令来自现地层，置判断标志flag为1；B2、根据设定的有功最大变化率λ，按式(1)计算每分钟的风电场实时有功出力P：P＝Ppre+λ×Pmax(1)式中，Ppre为前一分钟的风电场实时有功出力，Pmax为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量Pins<30MW时，λ·Prmax≤6MW/min，当30MW≤Pins≤150MW时，λ·Prmax≤Pins/5，当Pins>150MW时，λ·Prmax≤30MW/min；B3、当flag＝0，进入步骤d，当flag＝1，按式(2)对风电场有功实时出力进行校验：P≤0.9Pava(2)式中，Pava为风电场可用最大有功出力，若满足式(2)，进入步骤B4，否则，退出控制；B4、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场有功出力控制；B5、对调控后的风电场实时有功出力进行采样，若满足有功出力调控指令的要求，退出控制，等待下一个调控指令，否则，回到步骤b。7.根据权利要求1所述的一种具有电网接入控制功能的风电场能量管理系统，其特征在于，所述风电场无功出力控制单元包括以下步骤：C1、设定风电场无功出力值；C2、将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁剑锋，陈君伟，葛进东，
申请(专利权)人：南京天谷电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32