一种风电场发电控制的虚拟同步发电机场控平台设备的制作方法

1.本发明涉及风电场发电控制的技术领域，尤其是指一种风电场发电控制的虚拟同步发电机场控平台设备。


背景技术：

2.目前，风电并网发展特点为大规模、高集中、远距离，而大规模高集中接入的风电多在偏远地区，负荷小、火电水电少，电网薄弱且其发展速度远滞后于风电发展，风电扰动所带来的影响面广，随着风电在电网的占比逐年增加，电网调度任务重、风险大。主要的问题为大规模风电并网下的电网与风机协调电压控制问题，大规模风电接入下风机对电网的支撑问题(一次调频、一次调压)，大规模风电接入下无功支撑容量问题。
3.风电基地的风机大面积脱网问题多与区域电网电压控制无功补偿有关，虽然通过风机低电压穿越改造解决了风机故障穿越问题，风电场配置集中无功补偿设备对风场电压稳定起到了改善作用。但是目前的补偿方式存在以下无法避免的问题，随着电压降低，无功补偿能力呈平方倍下降；补偿设备容量常设计为20％～30％的风电场装机容量，增加了风电场的建设成本，且运行损耗不容忽视。


技术实现要素：

4.本发明针对无功补偿设备成本高，风电集中接入地区潮流变化频繁，特别是电压波动引起风机停机，造成业主损失，事故发生后，无法进行事故深度分析的问题，提供了一种风电场发电控制的虚拟同步发电机场控平台设备，其动态调节能力更高、功能专一、自动化程度更高、稳定程度更高，使用方便，提供更优的风电场并网特性，与低电压穿越功能联合解决大面积风机脱网问题，可以进行全场各种数据同步管理及故障录波的功能，来进行故障追忆。
5.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电场发电控制的虚拟同步发电机场控平台设备，包括硬件平台、软件平台和应用软件；所述硬件平台包括系统结构、各功能插件、通信接口和板级支持包(bsp)；所述软件平台包括操作系统、内部通信处理、外部通信处理、人机接口处理、对时处理、模拟量处理、开入/开出处理、系统自检处理和报告/录波功能；所述应用软件包括测量、控制算法功能。
6.进一步，所述硬件平台主要涉及系统运行所需实物载体，采用模块化设计和背板总线方式；其系统结构包括：中央处理器(cpu)插件、微控制单元(mcu)核心板、人机接口模块、底板、电源及机箱，所述人机接口模块安装于底板处，与底板用双排针连接；其功能插件包括：开入插件、开出插件、i/o插件和交流插件，各插件通过底板实现电气连接；其通信接口包括以太网接口、rs485接口和对时接口。
7.进一步，所述中央处理器(cpu)插件采用多处理器架构，能够实现模拟量采集、通信、保护和告警功能。
8.进一步，所述交流插件的输入的电流额定值为1a或5a，电压额定值为100v，2段母
线，电压支路：8路，电流支路：40路。
9.进一步，所述开入插件的开入为8路+23路*2，开出插件的开出为12路*4+2组信号，开入插件和开入插件的控制方式为总线方式。
10.进一步，所述机箱采用标准全宽机箱结构，背板后插拔方式。
11.进一步，所述内部通信处理的具体情况是：为采集装置dsp与arm之间的数据交互，由于设备传输量多，采集频率高，为了提高通信传输的可靠性及通讯效率，采用特定格式的通讯，以及工控机读取采集装置所采集计算的电气量，采用特定格式的通讯；
12.所述外部通信处理的具体情况是：设备具有2个以太网接口，能够与调度、能量管理平台、全场风机进行通讯；
13.所述人机接口处理的具体情况是：设备包含人机显示屏hmi，用于电气量的查看，以及控制参数的查看及修改，并开发上位机软件，具有电气参数的实时监控、控制参数的修改、历史数据的查询、故障报警和录波图形查看功能；
14.所述对时处理的具体情况是：能够读取设备时钟，也能够设置设备时钟，对时方式支持脉冲对时、irig-b对时和网络对时；
15.所述模拟量处理的具体情况是：采集并网点和多个支路的电压/电流信号，支持8路电压、10路电流信号的模量信号采集，并进行相关电气量参数的计算；
16.所述开入/开出处理的具体情况是：能够将外部故障开关信号作为开入信号接入设备中，作为算法输入，也能够将设备判断出的故障信号作为开出信号，通过设备输出，接入其它设备，进行开关控制；其中，故障信号有过压、低压、过频、低频、过功率和过流；
17.所述系统自检处理的具体情况是：设备上电后，进行系统的硬件及软件自检，如果设备硬件故障，则设备故障指示灯亮；
18.所述报告/录波的具体情况是：为风电场数据同步机故障追忆技术，当触发故障录波时，录下采集点故障前10个周波及故障后3～15秒的故障的电压、电流瞬时数据，并生成报告，便于后期进行事故分析及故障追忆，录波频率为采样频率，设备具有存储空间，arm中能够保存数条录波文件，并实时将故障文件自动上传至工控机。
19.进一步，所述操作系统为windows系统。
20.进一步，所述应用软件中测量的具体情况是：采集并网点及支路的实时电压、电流瞬时值，以及开入、开出量，并根据电压、电流瞬时值软件计算相关电压、电流有效值值及频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、电压/电流正负零序、不平衡度、谐波这些电气参数。
21.进一步，所述应用软件中控制算法的具体情况是：为风电场无功功率分配技术，根据相关电气量进行软件闭锁及无功分配，当电压发生越限时，程序进行闭锁，保持下发的无功值不变，当电压没有发生越限时，根据并网点电压实际测量值与控制目标值的差值计算吸/发无功量，并通过分配算法计算分配给每台风机及avc/avg的无功量，控制模式有恒电压模式、恒功率因素模式和恒无功功率模式可选，默认为恒电压模式。
22.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
23.1、本发明可直接采集升压站二次电气量数据，并与调度实现通讯互联协调控制，通过调节风机的无功控制并网点电压，提高风机并网的电网稳定和机网协调能力。
24.2、对风电场业主而言除可提升风电并网稳定性外，本发明亦可降低风电场初始投
资成本，降低风电厂内有功损耗从而提升发电量，为风电场带来可观的经济效益。
附图说明
25.图1为本发明虚拟同步发电机场控平台设备的架构图。
26.图2为本发明虚拟同步发电机场控平台设备的原理总框图。
27.图3为cpu插件设计图。
28.图4为硬件排列示意图。
具体实施方式
29.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.如图1所示，本实施例公开了一种风电场发电控制的虚拟同步发电机场控平台设备，包括硬件平台、软件平台和应用软件。所述硬件平台包括系统结构、各功能插件、通信接口和板级支持包(bsp)等。所述软件平台包括操作系统、内部通信处理、外部通信处理、人机接口处理、对时处理、模拟量处理、开入/开出处理、系统自检处理和报告/录波等功能。所述应用软件包括测量、控制算法等功能。
31.如图2所示，所述硬件平台主要涉及系统运行所需实物载体，采用模块化设计、背板总线方式，便于扩展升级，其具体情况如下：
32.系统结构包括：中央处理器(cpu)插件、微控制单元(mcu)核心板、人机接口模块、底板、电源及机箱；功能插件包括：开入插件、开出插件、i/o插件、交流插件；内部io信号均为5v信号，继电器采用24v电源。
33.通信接口包括以太网接口：2个100mbps以太网接口，实现站控层通信，支持mms、103等通信规约；rs485接口：1个电接口，实现站控层通信，支持103、mod-bus规约；对时接口：1个rs485接口，支持irig-b码对时。
34.如图3所示，cpu插件采用多处理器架构，可实现模拟量采集、通信、保护和告警等功能。
35.人机接口模块安装于底板处，与底板用双排针连接。
36.交流插件，输入的电流额定值为1a或5a，电压额定值为100v，2段母线，电压支路：8路，电流支路：40路。
37.开入/开出插件，开入为8路+23路*2，开出为12路*4+2组信号，控制方式为总线方式。
38.各插件通过底板实现电气连接，插件排列顺序如图4所示。
39.系统结构采用4u、19英寸标准全宽机箱结构，背板后插拔方式，机箱深度不大于300mm。
40.所述软件平台的具体情况如下：
41.操作系统为windows系统。
42.内部通信处理：为采集装置dsp与arm之间的数据交互，由于设备传输量多，采集频率高，为了提高通信传输的可靠性及通讯效率，采用特定格式的通讯。以及工控机读取采集装置所采集计算的电气量，采用特定格式的通讯。
43.外部通信处理：设备具有2个以太网接口，能够与调度、能量管理平台、全场风机进行通讯。
44.人机接口处理：本设备包含人机显示屏hmi，用于电气量的查看，以及控制参数的查看及修改。并开发上位机软件，具有电气参数的实时监控，控制参数的修改，历史数据的查询，故障报警，录波图形查看等功能。
45.对时处理：可读取设备时钟，也可以设置设备时钟。对时方式支持脉冲对时、irig-b对时、网络对时。
46.模拟量处理：采集并网点和多个支路的电压/电流信号，支持8路电压，10路电流信号的模量信号采集，并进行相关电气量参数的计算。
47.开入/开出处理：可将外部故障开关信号作为开入信号接入本设备中，作为算法输入，也可将本设备判断出的故障信号，例如过压、低压、过频、低频、过功率、过流等故障信号作为开出信号，通过设备输出，接入其它设备，进行开关控制。
48.系统自检处理：设备上电后，进行系统的硬件及软件自检，如果设备硬件故障，则设备故障指示灯亮。
49.报告/录波：为风电场数据同步机故障追忆技术，当触发故障录波时，录下采集点故障前10个周波及故障后3～15秒的故障的电压、电流瞬时数据，并生成报告，便于后期进行事故分析及故障追忆，录波频率为采样频率，本设备具有一定的存储空间，arm中能够保存数条录波文件，并实时将故障文件自动上传至工控机。
50.所述应用软件的具体情况如下：
51.测量功能：采集并网点及支路的实时电压、电流瞬时值，以及开入、开出量，并根据电压、电流瞬时值软件计算相关电压、电流有效值值，频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、电压/电流正负零序、不平衡度、谐波等电气参数。
52.控制算法功能：为风电场无功功率分配技术，根据相关电气量进行软件闭锁及无功分配，当电压发生越限时，程序进行闭锁，保持下发的无功值不变，当电压没有发生越限时，根据并网点电压实际测量值与控制目标值的差值计算吸/发无功量，并通过分配算法计算分配给每台风机及avc/avg的无功量。控制模式有恒电压模式、恒功率因素模式、恒无功功率模式可选，默认为恒电压模式。
53.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。