一种风电场涉网试验智能测试系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种风电场涉网试验智能测试系统及其方法，测试系统包括调度指令解析模块、指令实时接收模块、装置启动模块、模拟量采集模块、分析计算模块、时钟模块、数据输出模块和波形绘制模块。测试方法包括步骤（1）接收调度控制中心下发的目标指令信号；（2）采集风电场的电压电流信号数据；（3）根据采集的电压电流信号计算风电场有功、无功、功角值；（4）将接收的目标指令信号与采集、计算的数据在时间信号下同步输出；（5）根据时间坐标下的相关数据绘制波形并输出。本发明采用统一时钟模块将目标指令信号与采集、计算的风电场信号同步输出，可准确比较目标值、实测值与计算值，避免数据不统一的错误，提高了风电场涉网试验准确性。
【专利说明】—种风电场涉网试验智能测试系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风电场涉网试验智能测试系统及其方法，属于风电场涉网试验【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的迅猛发展，人类对能源的需求快速增长，能源产业也有了所未有的规模发展。以煤炭、石油作为主要一次能源，不仅使人类社会面临着常规能源枯竭的问题，还引起了全球气候变暖和日益严重的环境污染问题，对自然生态系统、社会经济和人类健康构成了严重威胁。开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。
[0003]当前，风力发电是可再生能源开发利用中技术最成熟、最具开发规模和最具商业化发展前景的发电形式。风力发电在减轻环境污染、调整能源结构、促进可持续发展等方面的突出作用；此外，风电与火电、水电、核电相比，建设周期短、见效快，因此风电成为世界上增长最快的清洁能源，具有广阔的发展前景。我国政府先后颁布了多项激励风力发电发展的政策法规，有力地促进了我国风力发电的发展。2010年上半年国家能源局基本明确:2015年全国风电规划装机9000万kW (含海上风电500万kW)，2020年全国风电规划装机1.5亿kW (含海上风电3000万kW)。
[0004]风电通过电网传输，根据电力行业相关要求与技术规范，风电场在正式投运前及运行中均需要进行一系列的风电场涉网试验，以确保风电机组和电网的安全稳定运行。其中，根据电力调度控制中心下发的目标指令，风电场进行的有功、无功控制能力测试尤其重要。风电场涉网试验是风电场调试、运行中的重要步骤，也是评估风电场运行状态、判断风电场并网运行能力的重要依据。在进行风电场有功、无功控制能力测试等涉网试验时，需要将风电场数据波形与调度下发目标值进行比较分析，以此作为其控制与调节能力的判断依据。
[0005]目前，各类风电场涉网试验测试系统只能采集风电场的现场数据，给出现场相关参数的数据与波形；再将其输出数据、波形与调度目标指令进行对比，这种试验方法造成两个主要问题:一是无法及时、直观的看出目标值与实测值之间的关系，不仅给涉网试验带来不便，还会因控制调节评估难度增大而给风电机组与电网安全带来隐患；二是涉网试验结果存在误差甚至错误，可能因时钟不统一、数据不同步、幅值不对应等原因造成试验分析结果的误差或错误，影响涉网试验的质量。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种风电场涉网试验智能测试系统及其方法，实现调度目标数据与现场实测数据的实时比对输出，即保证了涉网试验结果的准确性，又可直观输出同一时间坐标下的调度目标数据值与现场实测数据值。
[0007]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:[0008]本发明的一种风电场涉网试验智能测试系统，包括
[0009]调度指令解析模块，用于对规约报文进行全过程的解析，由一个独立的侦听线程监听调度报文，并在大量的报文中筛选出调度控制中心下发的目标指令信号，并发送至指令实时接收模块；同时解析遥调量变化，将解析变化结果发送至装置启动模块；
[0010]装置启动模块，用于接收到调度指令解析模块发出的解析变化结果，当变化结果满足设定要求时，发出启动信号至指令实时接收模块与模拟量采集模块；
[0011]指令实时接收模块，用于同时接收装置启动模块发出的启动信号和调度指令解析模块的有功遥调量信号Po、无功电压遥调量信号U0;当接收到启动信号后，将采集的有功遥调量信号Po、无功电压遥调量信号U0输出至时钟模块；
[0012]模拟量采集模块，用于同时接收装置启动模块发出的启动信号和系统外部的风电场电流I1、电压模拟量信号U1 ;当接收到启动信号后，将采集的风电场电流I1、电压模拟量信号U1输出至模数转换模块；
[0013]模数转换模块，用于接收模拟量采集模块发出的电压模拟量信号U1、风电场电流I1，经模块中的模数转换单元后得到电压数字量U和电流数字量I，同时输出至分析计算模块和时钟模块；
[0014]分析计算模块，用于根据电压数字量U和电流数字量I进行分析计算，得出有功值P、无功值Q和功角Φ，输出至时钟模块；分析计算的方法为现有技术此处不再赘述。
[0015]时钟模块，用于分别接收来自指令实时接收模块的有功遥调量信号Ptl、无功电压遥调量信号Utl，模数转换模块的电压数字量U、电流数字量I，分析计算模块的有功值P、无功值Q和功角Φ，将以上数字量信号统一在时间序列下，得到时间t坐标下的数字信号量P。、U。、U、1、P、Q、Φ，并输出至数据输出模块;
[0016]和数据输出模块，用于将时间t坐标下的数字信号量Pp %、U、1、P、Q、Φ通过输出接口输出至系统外部；
[0017]本发明还包括波形绘制模块，接收时钟模块输出的时间t坐标下的数字信号量P。、U。、U、1、P、Q、Φ，并根据实际需要与设置，绘制并输出时间t坐标下的数字信号量匕、％、U、
1、P、Q、Φ 波形。
[0018]上述装置启动模块包括开关输入量回路和开关输出回路(开关输入量回路、开关输出回路均为现有电路，两者之间的连接关系也为现有技术，即现有的输入输出接口)，开关输入量回路接入调度控制中心下发的目标指令信号，开关输出回路连接指令实时接收模块与模拟量采集模块，启动其接收和采集功能。
[0019]上述时钟模块中数字量输入端口接收指令实时接收模块、模数转换模块、分析计算模块的数字信号量Po、u0、U、1、P、Q、Φ，在统一时钟下同步以上数字信号量，实现不同信号在同一时间坐标下的同步输出。
[0020]本发明的测试方法，具体包括以下几个步骤:
[0021](I)调度指令解析模块接收并解析调度控制中心下发的目标指令信号，目标指令信号包括有功遥调量Ptl和无功电压遥调量Utl，解析变化量结果触发装置启动模块，将启动信号同时发至指令实时接收模块和模拟量采集模块；
[0022](2)指令实时接收模块收到启动信号后，开始接收调度指令解析模块发出的目标指令信号，并提供给时钟模块；[0023]( 3 )模拟量采集模块收到启动信号后，采集系统外部的风电场电流I1、电压模拟量信号U1，并提供给模数转换模块；模数转换模块对风电场电流I1、电压模拟量信号U1进行模数转换得到电压数字量U和电流数字量I，同时发至分析计算模块和时钟模块；分析计算模块根据电压数字量U和电流数字量I计算得出有功值P、无功值Q和功角Φ，提供给时钟模块；
[0024](4)时钟模块将以上不同模块提供的数字量信号在同一时钟坐标t下进行统一，得到时间t坐标下的数字信号量匕、％、U、1、P、Q、Φ，然后将时间t坐标下的数字信号量匕、％、U、1、P、Q、Φ提供给数据输出模块；数据输出模块通过输出接口输出至系统外部。
[0025]本发明还包括步骤(5)，波形绘制模块接收时钟模块输出的时间t坐标下的数字信号量Po、U。、U、1、P、Q、Φ，并根据实际需要与设置，绘制并输出时间t坐标下的数字信号1:P0、U0、U、1、P、Q、Φ 波形。
[0026]本发明可进行风电场涉网试验与智能检测，实现调度目标数据与现场实测数据的实时比对输出，既保证了涉网试验结果的准确性，又可直观输出同一时间坐标下的调度目标数据值与现场实测数据值，提高了风电场涉网试验准确性和检测风电场有功、无功控制的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的系统框图；
[0028]图2为本发明的实施技术方案图；
[0029]图3为本发明的实施方案系统工作流程图；
[0030]图4为某风电场电气接线图；
[0031]图5为人工手动下发目标值的电流、有功功率的波形图；
[0032]图6为风场无功电压上调曲线图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0034]风电场涉网试验智能测试系统，如图1所示，包括:
[0035]调度指令解析模块，对IEC60870-5-104等多种规约报文进行全过程的解析，由一个独立的侦听线程监听该调度报文，并在大量的报文中筛选出调度中心下发的有效遥调报文，并发送至指令实时接收模块；同时解析遥调量变化，将解析变化结果发送至装置启动模块。
[0036]装置启动模块，接收到调度指令解析模块发出的解析变化结果，当变化结果满足设定要求时，发出装置启动信号至指令实时接收模块与模拟量采集模块。
[0037]指令实时接收模块，同时接收装置启动模块发出的启动信号和调度指令解析模块的数字量有功电压遥调量信号Po、无功电压遥调量信号U0 ;当接收到启动信号后，将采集的Po、Utl信号输出至时钟模块。
[0038]模拟量采集模块，同时接收装置启动模块发出的启动信号和装置外部的风电场电流I1、电压模拟量信号U1;当接收到启动信号后，将采集的风电场电流I1、电压信号U1输出至时钟模块和分析计算模块。
[0039]模数转换模块，接收模拟量采集模块发出的模拟量电压U1、电流I1，经模块中的数模转换单元后得到电压数字量U和电流数字量I，同时输出至分析计算模块和时钟模块。
[0040]分析计算模块，根据电压数字量U和电流数字量I进行分析计算，得出有功值P、无功值Q和功角Φ，输出至时钟模块。
[0041]时钟模块，分别接收来自指令实时接收模块的匕、Utl,数模转换模块的U、I，分析计算模块的P、Q、Φ，将以上数字量信号统一在时间序列下，得到时间t坐标下的匕、Uc^ U、1、P、Q、Φ，并同时输出至数据输出模块和波形绘制模块。
[0042]数据输出模块，将时间t坐标下的数字量P。、U。、U、1、P、Q、Φ通过输出接口输出至装置外部。
[0043]波形绘制模块，根据实际需要与设置，绘制并输出时间t坐标下的匕、U。、U、1、P、Q、Φ波形。
[0044]装置启动模块中开关输入量回路接入调度下发的数字量信号，开关输出回路分别连接指令实时接收模块与模拟量采集模块，启动其接收和采集功能。
[0045]时钟模块中数字量输入端口接收指令实时接收模块、模数转换模块、分析计算模块共3个模块的7个数字量信号，在统一时钟下同步以上信号量，实现不同信号在同一时间坐标下的同步输出。
[0046]本发明还提供一种风电场涉网试验智能测试方法，包括如下步骤:
[0047](I)接收并解析调度控制中心下发的指令信号，包括有功遥调量和无功电压遥调量，变化量解析结果触发装置启动模块，将装置启动信号同时发至指令实时接收模块和模拟量采集模块；
[0048](2)指令实时接收模块收到启动信号后，开始接收调度指令实时接收模块发出的调度目标指令信号匕、U0,并提供给时钟模块；
[0049](3)模拟量采集模块收到启动信号后，采集风电场现场模拟量数据电压U1、电流
I1，并提供给模数转换模块。模数转换得到的电压数字量U和电流数字量I同时发至分析计算模块和时钟模块。分析计算模块根据υ、Ι计算得出有功P、无功Q和功角Φ，提供给时钟丰旲块;
[0050](4)时钟模块将以上不同模块提供的数字量在同一时钟坐标t下进行合并、统一，将时间t坐标下的PpUpHP'Q、Φ提供给数据输出模块和波形绘制模块。数据输出模块和波形绘制模块，根据实际需要与设置，输出时间t坐标下1、P、Q、Φ的相关数据或波形。
[0051]步骤(1)中，调度目标指令遥调信号启动风电场涉网试验智能测试系统，实现调度远方开启并控制风电场涉网试验智能测试系统的录波等功能。
[0052]步骤(4)中，将调度下发的目标指令数字量信号与风电场现场采集的模拟量信号及其分析计算结果在时钟模块中同步，实现现场试验结果与调度目标指令的对比输出功倉泛。
[0053]图2为实施技术方案图，图3为实施方案系统工作流程图，调度发送调节指令至风电场的能量管理系统，能量管理系统收到指令经过计算、按调节策略发送给各个管理系统，最后由管理系统下发给风机组、SVG/SVC (无功补偿装置)执行。智能测试仪通过报文直接读取调度下发指令曲线，有效、直观的测试风电场有功、无功控制能力及响应时间。
[0054]正式试验前，与风电场能量管理系统厂家协商好通讯端口 IP、通讯端口及通讯规约、设定值的转换系数。在测试仪上位监控管理机软件中将对应的“远方软启动IP”和“端口”设置成与该参数一致。
[0055]程序启动后，自动根据设定好的IP及端口与风电场能量管理系统建立通讯链接，由一个独立的侦听线程监听该链路上的报文。
[0056]根据现场接线情况设置好模拟采集通道及其计算通道、遥调信号规约类型、数据类型、信息体地址等参数，并根据与风电场能量管理系统厂家的协商结果设置好信号的乘因子与加因子(由乘因子和加因子将数据转换成对应的设定值)。
[0057]设置完成后启动录波，此时测试仪的AD采集线程开始工作，录波界面上开始实时绘制风场的电压、电流、功率变化曲线，并进入预录模式，同时，根据遥调指令，解析出目标设定值，将其也作为一根曲线(采样率与AD采集一致)绘制在同一画面上，当侦听线程接收到设定为触发信号的遥调指令时，自动触发后续录波。由于AD采集线程跟遥调指令侦听线程是完全并列同步运行，所以时间上可以说是完全同步的。录波结束后，通过调整对比风电场的实时有功、无功电压等曲线与调度目标设定值曲线，能方便、准确、及时、直观的看到各遥调量与实测值趋势对比，为涉网试验提供依据。
[0058]图4为方案实施测试的某风电场电气接线图。
[0059]图5为人工手动下发目标值的电流、有功功率的波形图，图中黄、绿、红三条波形分别表示A、B、C三相电流值，蓝色波形代表有功功率值，黑色波形表示调度手动下发的有功功率目标值。省调机构人工手动每隔4分钟对#2主变下的运行风机下达一次有功目标值，通过图5可以发现，因人工控制下达指令，所以每次下达的指令之间会存在人为的时间误差，但风机系统对省调的调节指令执行还是准确的，实测电流和有功功率的变化曲线均能反应出有功功率由80%的额定值降至20%额定值，再由20%额定值升至80%的额定值。
[0060]图6为风场无功电压上调曲线图，风场电压向上调节流程说明:1)A点收到调度上升2kV的指令；2)经过6.7s的计算和指令传输后TCR开始调节(B点)，直至SVC无功输出为OMvar (C点)；3)当SVC无功输出为OMvar时，开始调节风机组的无功输出，快速的将风机组的感性无功输出降至OMvar (D点)；4)风机组感性无功输出降至OMvar后，SVC继续调节，输出容性无功，进过多轮的计算和调节到达E点。电压达到调节目标值，调节完成；5)E点再次收到调度上升1.SkV的指令；6)经过一轮SVC的调节，到达F点后开始调节风机组，风机组开始输出容性无功；7)风机输出容性无功达到上限后，SVC再次开始调节(G点)；8)SVC经过几次调节后，虽然并网点电压没有到达目标值，但SVC容性无功都也达到输出上限，因此停止调节。
[0061]本发明首次提出利用通讯报文触发测试风电场响应时间的方法，所采取的的风电场涉网试验智能测试装置和方法，由于采用统一时钟模块将调度目标指令信号与采集、计算的风电场信号同步输出，可以准确比较目标值、实测值与计算值，避免数据不统一的错误，提高风电场涉网试验准确性和检测风电场有功、无功控制的能力。
[0062]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种风电场涉网试验智能测试系统，其特征在于，包括 调度指令解析模块，用于对规约报文进行全过程的解析，由一个独立的侦听线程监听调度报文，并在大量的报文中筛选出调度控制中心下发的目标指令信号，并发送至指令实时接收模块；同时解析遥调量变化，将解析变化结果发送至装置启动模块； 装置启动模块，用于接收到所述调度指令解析模块发出的解析变化结果，当变化结果满足设定要求时，发出启动信号至指令实时接收模块与模拟量采集模块； 指令实时接收模块，用于同时接收所述装置启动模块发出的启动信号和调度指令解析模块的有功遥调量信号Po、无功电压遥调量信号U0;当接收到启动信号后，将采集的有功遥调量信号Po、无功电压遥调量信号U0输出至时钟模块； 模拟量采集模块，用于同时接收所述装置启动模块发出的启动信号和系统外部的风电场电流I1、电压模拟量信号U1 ;当接收到启动信号后，将采集的风电场电流I1、电压模拟量信号U1输出至模数转换模块； 模数转换模块，用于接收所述模拟量采集模块发出的电压模拟量信号U1、风电场电流I1，经模块中的模数转换单元后得到电压数字量U和电流数字量I，同时输出至分析计算模块和时钟模块； 分析计算模块，用于根据电压数字量U和电流数字量I进行分析计算，得出有功值P、无功值Q和功角Φ，输出至时钟模块； 时钟模块，用于分别接收来自所述指令实时接收模块的有功遥调量信号Ptl、无功电压遥调量信号Utl，所述模数转换模块的电压数字量U、电流数字量I，所述分析计算模块的有功值P、无功值Q和功角Φ，将以上数字量信号统一在时间序列下，得到时间t坐标下的数字信号量P。、U。、U、1、P、Q、Φ，并输出至数据输出模块； 和数据输出模块，用于将时间t坐标下的数字信号量匕、Uc^ U、1、P、Q、Φ通过输出接口输出至系统外部。
2.根据权利要求1所述的风电场涉网试验智能测试系统，其特征在于， 还包括波形绘制模块，接收所述时钟模块输出的时间t坐标下的数字信号量匕、U。、U、1、P、Q、Φ，并根据实际需要与设置，绘制并输出时间t坐标下的数字信号量匕、U。、U、1、P、Q、Φ波形。
3.根据权利要求1所述的风电场涉网试验智能测试系统，其特征在于， 所述装置启动模块包括开关输入量回路和开关输出回路，所述开关输入量回路接入调度控制中心下发的目标指令信号，所述开关输出回路连接指令实时接收模块与模拟量采集模块，启动其接收和采集功能。
4.根据权利要求1所述的风电场涉网试验智能测试系统，其特征在于， 所述时钟模块中数字量输入端口接收指令实时接收模块、模数转换模块、分析计算模块的数字信号量Po、U0, U、1、P、Q、Φ，在统一时钟下同步以上数字信号量，实现不同信号在同一时间坐标下的同步输出。
5.根据权利要求1所述的风电场涉网试验智能测试系统的测试方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤: (I)所述调度指令解析模块接收并解析调度控制中心下发的目标指令信号，所述目标指令信号包括有功遥调量Ptl和无功电压遥调量U。，解析变化量结果触发所述装置启动模块，将启动信号同时发至所述指令实时接收模块和模拟量采集模块； (2)所述指令实时接收模块收到启动信号后，开始接收所述调度指令解析模块发出的目标指令信号，并提供给时钟模块； (3)所述模拟量采集模块收到启动信号后，采集系统外部的风电场电流I1、电压模拟量信号U1，并提供给模数转换模块；所述模数转换模块对风电场电流I1、电压模拟量信号U1进行模数转换得到电压数字量U和电流数字量I，同时发至所述分析计算模块和时钟模块；所述分析计算模块根据电压数字量U和电流数字量I计算得出有功值P、无功值Q和功角Φ，提供给所述时钟模块； (4)所述时钟模块将以上不同模块提供的数字量信号在同一时钟坐标t下进行统一，得到时间t坐标下的数字信号量匕、％、^、0、Φ，然后将时间t坐标下的数字信号量P。、u0.ua,P,Q, φ提供给所述数据输出模块；所述数据输出模块通过输出接口输出至系统外部。
6.根据权利要求5所述的风电场涉网试验智能测试系统的测试方法，其特征在于， 还包括步骤(5)，所述波形绘制模块接收时钟模块输出的时间t坐标下的数字信号量PrUKP'Q、Φ，并根据实际需要与设置，绘制并输出时间t坐标下的数字信号量匕、Uc^U、1、P、Q、Φ 波形。
【文档编号】G01R31/00GK104007341SQ201410216089
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】范子恺, 翟学锋, 李辰龙, 徐钢, 顾文, 徐泳淼, 李淑君, 杜先波 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏方天电力技术有限公司, 常州齐泰电气制造有限公司