一种新能源场站全景信息监控系统的制作方法

1.本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种新能源场站全景信息监控系统。


背景技术：

2.近年来，以风电、光伏发电为代表的新能源发电在我国电源装机中的占比逐年攀升，截至2020年底，我国电网中风电、光伏装机规模分别达2.8亿千瓦及2.5亿千瓦，合计占全国发电总装机的比重达到24％，发电量占比超过9.5％。在“碳达峰”、“碳中和”的愿景下，我国电网中新能源发电占比仍将持续提高，预计2030年前新能源发电装机容量规模将超过煤电，到2060年前实现新能源发电量占比将超70％并成为电量主体，新能源高占比将成为未来我国电网的主要特征。
3.新能源装机容量的增长，新能源场站管控与常规电源管控存在差距，近年来，诸如天中直流闭锁引发风机脱网、甘肃河西330千伏线路故障导致风机大规模进入低电压穿越、哈密风机多频振荡引发火电机组跳闸等一系列事件反映出新能源管控方面的不足，充分说明了新能源的管控水平亟待提高，迫切需要采取新能源全景信息监测手段，提升新能源场站在故障过程中的感知、控制水平。传统的新能源监控感知手段不足，运行工况不透明。目前，新能源场站主要采集汇集线路信息，获取不到发电单元的有功、无功等稳态运行工况；也获取不到发电单元各种状态信息；同时，故障过程中缺少动作过程、脱网原因等故障分析必要数据。因此，新能源场站无法实现新能源故障前、事故中、事故后的全过程状态感知，无法精准统计和监视新能源可控资源、无法对每个发电单元开展精益控制，同时，新能源带来的电网高度电力电子化下工频带稳定问题凸显，难于适应新能源高占比电网安全稳定控制要求。
4.传统的新能源场站出现问题采取切除并网线路的方式，控制手段粗放。现有新能源场站由于只能监测到汇集线信息，新能源脱网量无法实时掌握、精准统计，难于准确采取控制措施；控制手段粗放，只能切除不能进行调节，不能有效利用备用发电容量；切机时，只能切除并网线或集电线，无法切除发电单元，实现对新能源场站的精益化控制和调节。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新能源场站全景信息监控系统，用以解决现有技术中的新能源场站采集和控制手段粗放造成的无法实现新能源场站精益化控制和调节的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源场站全景信息监控系统，包括功率协调控制装置和新能源稳控装置，新能源稳控装置与功率协调控制装置通信连接；所述新能源稳控装置用于设置选切控制模式，且选切控制模块包括选切发电单元；若设置的选切控制模式为选切汇集线和风机，则新能源稳控装置用于在接收到电网侧下发的切机容量命令后，按照设置的控制策略切除汇集线，若最后一条需被切除的汇集线存在过切，则向功率协调控制装置下发指令，所述功率协调控制装置用于根据切机容量余量以及过切最小的原则切除该汇集线上的风机。
7.其有益效果为：上述“选切汇集线和风机”模式可实现对风机控制设备的毫秒级快速调节和精准切机紧急控制，实现对新能源发电的有序调节，完成对新能源场站的“以调代切”和“升降双向”控制功能，解决了只能切除汇集线的传统粗放控制方式。采用切除汇集线与切除风机、光伏调节的综合协调控制策略，系统以单台机组或单个逆变器发电单元为最小控制对象进行精准控制，提高新能源场站运行经济性。同时，该系统还兼有传统安全稳定控制装置以汇集线为对象的控制措施，以最大限度保证安全稳定控制措施执行的可靠性、有效性，提高新能源发电控制的可靠性，保证新能源并网的电网安全稳定运行。
8.进一步地，所述选切控制模式还包括选切主变/汇集线、选切发电单元、以及选切汇集线和光伏模式中的至少一种模式；若设置的选切控制模式为选切主变/汇集线，则新能源稳控装置用于根据设置的控制策略切除主变/汇集线；若设置的选切控制模式为选切发电单元，则新能源稳控装置用于将切风机命令、提升容量命令或者回降容量命令下发至功率协调控制装置，所述功率协调控制装置用于根据设置的控制策略和最小过切原则切除风机，或者根据提升容量命令并按照等比例方式控制所有汇集线下的光伏进行提升发电容量调节，或者根据回降容量命令并按照等比例方式控制所有汇集线下的光伏回降发电容量调节；若设置的选切控制模式为选切汇集线和光伏，则新能源稳控装置用于在接收到电网侧下发的提升容量命令后，将提升容量下发至功率协调控制装置，以按照等比例方式控制光伏进行提升容量调节，还用于在接收到电网侧下发的回降容量命令后，比较接收的回降容量命令与可回降容量，在回降容量命令小于等于可回降容量时，直接将回降容量命令下发给功率协调控制装置，所述功率协调控制装置用于根据回降容量进行光伏回降容量调节，在回降容量命令大于可回降容量时，则根据设置的控制策略切除汇集线，若最后一条需被切除的汇集线存在过调时，则向功率协调控制装置下发指令，所述功率协调控制装置用于根据回降容量余量并按照等比例方式控制该汇集线上的光伏进行回降容量调节。
9.其有益效果为：上述各种不同的选切控制模式，实现对新能源发电的有序调节，完成对新能源场站的“以调代切”和“升降双向”控制功能，解决了只能切除汇集线的传统粗放控制方式。
10.进一步地，每种选切控制模式均包括两种控制策略，第一种控制策略为按照优先级进行切除，第二种控制策略为按照有功功率从大到小的顺序进行寻优切除。
11.其有益效果为：设置两种不同的控制策略，使得系统工作方式更为灵活，能够根据实际需求灵活选择控制策略。
12.进一步地，所述新能源场站全景信息监控系统还包括与每个发电单元对应的就地化控制终端，功率协调控制装置与所有的就地化控制终端均通信连接；每个就地化控制终端均用于采集箱变侧三相电压和箱变侧三相电流，根据箱变侧三相电压和三相电流对对应的发电单元状态进行判断，并发送给功率协调控制装置；其中，发电单元状态包括低电压穿越状态，若箱变侧至少两相电压幅值小于k1倍的标称电压、至少两相电流幅值大于设定电流阈值、箱变侧有功功率大于0、箱变侧无功功率小于0，且持续设定时长，则判定对应的发电单元处于低电压穿越状态，0＜k1＜1；功率协调控制装置还用于接收每个就地化控制终端上送的发电单元状态信息，以进行新能源场站信息的计算。
13.其有益效果为：系统中设置有与各个发电单元对应的就地化控制终端，能够以单台机组或单个逆变器发电单元为最小采集和控制对象进行精准控制，提高新能源场站运行
可靠性和经济性。而且，根据箱变侧三相电压和电流数据能够准确判别发电单元是否处于低电压穿越状态，为新能源并网的电网安全稳定运行打下基础。
14.进一步地，发电单元状态还包括高电压穿越状态，若箱变侧至少两相电压幅值大于k2倍的标称电压、至少两相电流幅值大于设定电流阈值、箱变侧有功功率大于0、箱变侧无功功率大于0，且持续设定时长，则判定对应的发电单元处于高电压穿越状态，k2＞1。
15.其有益效果为：根据上述条件可以准确判断发电单元是否处于高电压穿越状态，为新能源并网的电网安全稳定运行打下基础。
16.进一步地，发电单元状态还包括并网状态和脱网状态，若箱变侧至少两相电流幅值大于电流投运定值或者并网功率大于功率投运定值，判定对应的发电单元处于并网状态；通过设置的状态标志位判断是否处于脱网状态，若状态标志位所表明的信息是由并网状态变为脱网状态，则判定对应的发电单元处于脱网状态。
17.其有益效果为：根据上述条件可以准确判断发电单元是否处于并网状态和脱网状态。
18.进一步地，所述新能源场站信息包括如下信息中的至少一种信息：新能源场站并网容量、新能源场站可提升容量、新能源场站可回降容量、新能源场站总可切量、新能源场站有功功率可切量、新能源场站并网数量、新能源非场站并网数量和新能源场站脱网数量。
19.其有益效果为：计算出上述多种信息后，便于实现新能源发电的有序调节。
20.进一步地，功率协调控制装置还用于设置某些发电单元为光伏子阵样板机，若某一个光伏发电单元被设置为光伏子站样板机时，则该光伏发电单元的功率为光伏发电单元理论发电功率，若某几个光伏发电单元被设置为光伏子站样板机，则所述某几个光伏发电单元的功率的平均值为光伏发电单元理论发电功率。
21.进一步地，所述就地化控制终端还用于设置向功率协调控制装置上送goose信息的发送周期，且goose状态量信息和goose模拟量信息的心跳时间和最小重传间隔时间设置的不同。
22.其有益效果为：设置goose状态量信息和goose模拟量信息的心跳时间和最小重传时间间隔不同，实现了就地化控制终端和功率协调控制装置的环网通信中goose流量的控制，减少环网通信中的数据承载压力。
附图说明
23.图1是本发明的新能源场站全景信息监控系统的架构图；
24.图2是本发明的风机低电压穿越要求图；
25.图3是本发明的风机高电压穿越要求图；
26.图4是本发明的脱网损失量统计原则图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的
范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.新能源场站全景信息监控系统实施例：
29.本实施例的新能源场站全景信息监控系统设置在场站侧，整个系统框架及其与电网侧进行信息交互的示意图如图1所示。电网侧设置有电网侧稳控系统和调度端监视主站，电网侧稳控系统和调度端监视主站均与场站侧的新能源稳控装置进行数据交互，场站侧的新能源场站全景信息监控系统中设置有新能源稳控装置、功率协调控制装置、通信转换装置和多个与各个发电单元(可为光伏发电单元、风机发电单元等新能源发电单元)对应的就地化控制终端，各个就地化控制终端与其对应的发电单元连接，所有的就地化控制终端均通过通信转装置与功率协调控制装置通信连接，功率协调控制装置与新能源稳控装置进行数据交互。该新能源场站全景信息监控系统能够获取发电单元运行信息，采用基于交流模拟量的新能源发电单元低电压穿越、高电压穿越、并网、脱网运行状态信息判别方法，当发电单元不具备接入条件时，能进行自判别运行状态信息和从发电单元获取运行状态信息的动态切换。该新能源场站全景信息监控系统，能够实现对每个发电单元的运行状态信息监视；还能够采集计算每个发电单元的运行信息(运行功率、可提升功率、可回降功率等)，实现新能源场站可控资源监视、毫秒级实时跟踪的全景全过程监视和实时控制。新能源稳控装置、功率协调控制装置、就地化控制终端采用切除汇集线与切除单机、切除汇集线与速调的综合协调控制策略，实现系统以单台机组或单个逆变器发电单元为最小控制对象进行精准控制和调节。下面对该新能源场站全景信息监控系统中各部分的功能以及作用进行详细介绍。
30.就地化控制终端采集箱变侧三相电压、三相电流信息，基于采集到箱变侧电压、电流模拟量信息，进行新能源发电单元运行状态信息判别：根据图2和图3的要求，若同时满足箱变侧至少两相电压幅值u小于0.9倍的标称电压，箱变侧至少两相电流幅值i大于50a，箱变侧有功功率p大于0，箱变侧无功功率q小于0，并持续30ms则判定为发电单元低电压穿越状态。若同时满足箱变侧至少两相电压幅值u大于1.1倍的标称电压，箱变侧至少两相电流幅值i大于50a，箱变侧有功功率p大于0，箱变侧无功功率q大于0，并持续30ms则判定为发电单元高电压穿越状态。若满足箱变侧至少两相电流幅值i》iset(电流投运定值)或箱变侧有功功率|p|≥pset(功率投运定值，功率上网为正)二者之一条件，判定为发电单元并网状态。就地化控制终端本地判别并网状态由1变0，判定为发电单元脱网状态。
31.就地化控制终端采用modbus、goose、以太网104通信规约和发电单元通信，获取发电单元有功功率、无功功率、理论发电功率；当现场发电单元不具备接入条件或发电单元与就地化控制终端通信中断10s时，就地化控制终端自动把计算出的箱变侧有功功率和无功功率更新为发电单元有功功率和无功功率，上送至功率协调控制装置。同时就地化控制终端在可灵活设置goose信息的发送周期，就地化控制终端goose状态量心跳时间设为5s，最小重传间隔设为2ms；就地化控制终端goose模拟量心跳时间设为80ms，最小重传间隔设为20ms；通过灵活设置goose发送周期，实现了就地化控制终端和功率协调控制装置的环网通信中goose流量的控制，减少环网通信中的数据承载压力。
32.功率协调控制装置在其人机操作菜单上设置光伏子阵样板机，当对应某个发电单元对象优先级设置为0时，此发电单元为光伏子站样板机，此样板机功率即为光伏发电单元
理论发电功率，当场站设置多个样板机时，光伏发电单元理论发电功率为多个样机机发电功率的平均值。
33.功率协调控制装置接收就地化控制终端上送的发电单元低穿、高穿、并网、脱网、发电单元有功和无功等信息，用于新能源场站并网容量(并网状态的发电单元有功功率绝对值之和)、新能源场站可提升容量(并网且允控的所有非样板光伏发电单元理论发电功率绝对值减去有功功率绝对值之和)、新能源场站可回降容量(并网且允控的非样板光伏发电单元的有功功率绝对值之和)、新能源场站总可切量(并网的非样板光伏发电单元有功功率绝对值之和)、新能源场站有功功率可切量(并网且允控的发电单元有功功率累加)、新能源场站并网数量(并网状态为1的发电单元数量累加)、新能源场站非并网数量(场站接入发电单元间隔数减去并网数量)和新能源场站脱网数量(脱网状态为1的发电单元数量累加)的计算。
34.功率协调控制装置脱网损失量实时统计原则为：如图4所示，接收新能源稳控装置下发的同步启动标志，使用装置启动前200ms数据，功率协调控制装置从故障时刻开始统计，截止时间为装置启动返回，装置启动逻辑为装置收到故障信号置装置启动，同时展宽5s，装置收到同步启动标志装置启动。将脱网损失量上送至新能源稳控装置。
35.功率协调控制装置将装置运行状态、新能源发电单元状态、新能源场站发电单元并网容量、新能源场站可提升有功功率容量、新能源场站可回降有功功率容量、新能源场站有功功率脱网损失量、新能源场站有功功率可切量、新能源场站发电单元并网数量、新能源场站发电单元非并网数量、新能源场站发电单元脱网数量上送至新能源稳控装置。新能源稳控装置将装置运行状态、各汇集线总可切量、可切机组总量、机组脱网量、可提升容量和可回降容量上送至电网侧稳控系统，用于策略计算和控制措施分配。新能源稳控接收电网侧稳控系统下发的装置运行状态(含同步启动标志、电网交直流故障信号)、切机容量命令、回降容量命令和提升容量命令。功率协调控制装置接收新能源稳控装置下发的装置运行状态(含同步启动标志、电网交直流故障信号)、切发电单元容量命令、回降发电单元容量命令、提升发电单元容量命令以及切汇集线命令掩码。当汇集线被切除时，对应掩码为0，当汇集线不被切除时，对应掩码为1。如下表1所示。
36.表1
[0037][0038]
新能源稳控装置支持4种选切控制模式选择，并可根据工程需求在装置人机操作菜单上进行选切主变/汇集线、选切发电单元、选切汇集线+风机和选切汇集线+光伏四种控制模式的灵活整定，每种控制模式也可灵活整定对应的控制策略，控制原则如下：
[0039]
a)选切主变/汇集线：模式对应两条策略：当选择“优先级”切除时，按优先级排序过切本地升压变/汇集线，当选择“寻优切”切除时，按有功从大到小排序寻优切本地升压变/汇集线。
[0040]
b)选切发电单元：新能源稳控装置命令转发至功率协调控制装置。
[0041]
c)选切汇集线+风机：此模式对应两条控制策略，当选择“优先级”切除时，按优先级排序切除本地汇集线+切除部分风机，当选择“寻优切”切除时，按有功功率由大到小排序切除本地汇集线+切除部分风机。
[0042]
d)选切汇集线+光伏：此模式对应两条控制策略：当选择“优先级”切除时，按优先级排序切除本地汇集线+调节部分光伏，当选择“寻优切”切除时，按有功功率由大到小排序切除本地汇集线+调节部分光伏。
[0043]
当新能源稳控装置控制模式设置为“选切主变/汇集线”时，新能源稳控装置直接按照设置的优先级或寻优切切除主变/汇集线。
[0044]
当新能源稳控装置模式设置为“选切发电单元”时，将切风机命令、提升容量命令、回降容量命令转发至功率协调控制装置，汇集线控制掩码均置1，设置为0x3ffff(支持18条汇集线)；功率协调控制装置接收到掩码和切风机命令时，按照功率协调控制装置设置的切除风机优先级顺序最小过切风机；功率协调控制装置接收到掩码和提升容量命令时，按照等比例原则进行所有汇集线下的光伏发电单元提升发电容量调节；功率协调控制装置接收到掩码和回降容量命令时，按照等比例原则进行所有汇集线下的光伏发电单元回降发电容
量调节；等比例计算原则为：如果总需调节量δp、总可调节量为δp∑，则每个光伏发电单元的调节量为(δp/δp∑*本光伏发电单元的可调节量)。
[0045]
当新能源稳控装置控制模式设置为“选切汇集线+风机”时，执行精准控制策略，新能源稳控装置接收到电网侧稳控系统的切机容量命令时，进行按照优先级或容量从大到小切除汇集线时，若最后一条被切除的汇集线存在过切时，可以切除该汇集线上所属终端，达到精准控制切除，此时新能源稳控装置向功率协调控制装置下发的切汇集线命令掩码将未切除的汇集线掩码置1，同时将策略计算的余量向功率协调控制装置下发，功率协调控制装置根据下发的掩码和余量按照新能源稳控装置未切除的汇集线上的风机优先级最小过切切除风机。
[0046]
当新能源稳控装置模式控制模式设置为“选切汇集线+光伏”时，执行精准调节策略，新能源稳控装置接收到电网侧稳控系统下发的提升容量命令时，将所有汇集线控制掩码均置1，设置为0x3ffff(支持18条汇集线)；并将掩码和提升容量命令下发至功率协调控制装置，按照等比例进行光伏发电单元提升容量调节；新能源稳控装置接收到电网侧稳控系统下发的回降容量命令时，比较接收到的回降容量命令与可回降容量，若回降容量命令小于等于可回降量，则新能源稳控装置将所有汇集线控制掩码均置1，并向功率协调控制装置下发掩码和回降容量命令；若回降容量命令大于可回降量，新能源稳控装置根据接收到的回降容量命令按照优先级或容量从大到小切除汇集线时，若最后一条被切除的汇集线存在过调时，新能源稳控装置向功率协调控制装置下发的切汇集线命令掩码将未切除的汇集线掩码置1，同时将策略计算的余量向功率协调控制装置下发，功率协调控制装置根据下发的掩码和余量按照新能源稳控装置未切除的汇集线上的光伏发电单元等比例进行回降发电容量。
[0047]
新能源稳控装置将发电单元低穿状态、高穿状态、并网状态、脱网状态、发电单元并网数量、发电单元脱网数量、当前总有功、脱网功率损失量、故障录波文件、脱网录波文件上送至调度端监视主站。
[0048]
综上，本发明的新能源全景信息监控系统实现对光伏逆变器、风机等控制设备的毫秒级快速调节和精准切机紧急控制，实现对新能源发电的有序调节，完成对新能源场站的“以调代切”和“升降双向”控制功能，解决了只能切除汇集线的传统粗放控制方式。系统采用切除汇集线与切除单机、切除汇集线与光伏速调的综合协调控制策略，以单台机组或单个逆变器发电单元为最小控制对象进行精准控制，提高新能源场站运行经济性。同时，该系统还兼有传统安全稳定控制装置以汇集线为对象的控制措施，以最大限度保证安全稳定控制措施执行的可靠性、有效性。提高新能源发电控制的可靠性，保证新能源并网的电网安全稳定运行。
[0049]
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。