一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法、系统及介质与流程

1.本发明属于供电或配电系统领域，特别涉及一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法、系统及介质。


背景技术：

2.近年来我省风电迅猛发展，风电并网规模的不断提升挤占了具有转动惯量的常规水、火电机组空间，因风电场不具备一次调频能力，电网可用的快速频率响应资源逐步减少，电网调频压力与安全运行风险日益增加。为了维持电网频率稳定，《电力系统网源协调技术规范》和《电力系统安全稳定导则》等国家标准均明确要求风电场具备一次调频响应的功能，能够参与电网频率调节，并明确提出了参与电网一次调频的技术要求和技术指标。
3.当前，掌握风电场一次调频能力的主要方式是开展现场一次调频试验。现场试验一般选取风电场典型测试场景（特定运行工况和特定电网模拟频率数据），根据现场试验数据进行风电场的一次调频性能评估。但是由于风电出力随机性和电网实际频率响应波形的多样性，以及风电场在不同的运行工况下一次调频响应性能具有较大动态差异，仅仅依靠现场试验不能全方位和准确实时评估风电场站的一次调频动态性能，迫切需要对风电场一次调频能力进行在线主动测试。
4.目前已有学者提出了风电场一次调频能力在线测试系统和测试方法，但是发明对象主要侧重调度端的一次调频测试主站及其与测试方法。然而风电场一次调频能力在线测试的实现是一个系统工程，除了调度端一次调频主站外，还需要风电场端一次调频子站、风电场ems系统、风电场agc系统等风电场二次系统的全方法参与，如何进行这些装置协调配合、测试流程协调和系统通信方式设计还未有涉及。


技术实现要素：

5.本发明针对现场试验不能全方位和准确实时评估风电场站的一次调频动态性能的问题，提出了一种能够实现在线主动测试的一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法、系统及介质。
6.本发明包含的技术方案如下：一方面，一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估系统，包括：风电场同步向量测量装置：设置在风电场升压变压器的高压侧，用于实时采集风电场并网点的三相基波电压、三相基波电流和风电场有功功率，并实时传输给风电场端一次调频子站和调度端一次调频主站；数据通信网关机：用于实时传送和接收风电场端一次调频响应子站、调度端一次调频评估主站和风电场agc系统的实时数据信息和控制指令；风电场ems系统：用于计算风电场调频后的实时输出有功功率指令，同时按照当前各台风电机组的最大可用功率，将风电场实时输出有功功率指令分配给各台风电机组；
风电场agc系统：用于控制风电场输出有功功率，并下发风电场输出的有功功率至ems系统；调度端一次调频评估主站：用于利用风功率超短期预测数据，执行风电场一次调频能力主动测试程序；通过获取同步向量测量单元的电场输出功率响应曲线，进行风电场一次调频能力在线评估；风电场端一次调频响应子站：用于通过数据通信网关机从调度端一次调频评估主站接收的电网模拟频率数据，生成风电场一次调频主动测试作业任务集，并计算风电场需要调整的有功功率。
7.为了实现主动在线自动测试，在子站中生成不同的测试作业信息，而不是在主站中自动生成。优势在每一次测试过程中子站不需要去解析主站测试作业信息文件，提升了整个评估流程的响应速率。
8.利用风电场的风功率预测系统提供的风功率超短期预测数据，判断是否执行测试作业。因为每一个测试任务的时间是60s，60s内风电场运行工况（输出功率大小）要满足该测试任务对风电场运行工况的要求，而风电场输出功率是时刻变化的，可能在前30s满足测试运行工况要求，而后30s不满足测试工况要求，造成该测试作业的失败，这是目前阶段被忽略的过程。引入风功率超短期预测数据后，在未来的90s内（预留30s的裕度）风电场运行工况都满足测试要求时，才执行该测试作业任务。否则，不执行，继续等待；该系统实现了控制指令数据和实时运行数据（pmu）的分阶段传输，减少了通信通道的带宽，提高了整个系统的快速性；充分利用了风电场已有设备及其功能，减少了系统的投资。各系统模块执行任务内容明确，避免了系统模块之间功能的交替和重叠。
9.进一步地，所述数据通信网关机包括三个通道：pmu数据通道：采用iec103规约协议，实现数据通信网关机与调度端一次调频主站之间实时数据传输，数据精度为10
‑
100ms；远动数据通道：采用102规约协议，实现调度端一次调频主站和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信；局域网网络接口硬接线通道：采用iec104规约协议，实现风电场ems系统和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信，同步向量测量单元同风电场端一次调频响应子站的数据通信。
10.进一步地，所述调度端一次调频评估主站上设置有可视化单元。
11.另一方面，一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法，包括以下步骤：步骤1：发送子站测试条件准备状态查询指令到风电场端一次调频响应子站；步骤2：风电场端一次调频响应子站进行自检，根据自检结果和风电场当前运行状态，判断是否具备子站测试条件，并将子站测试准备状态发送给调度端一次调频评估主站；步骤3：若调度端一次调频评估主站收到子站测试准备已就绪，则向风电场端一次调频响应子站发送电网模拟测试频率报文，否则，终止测试；步骤4：风电场端一次调频响应子站收到电网模拟测试频率报文后，解析电网模拟频率报文，并结合测试所需的风电场输出功率条件，自动生成风电场一次调频主动测试作业任务集t，并向调度端一次调频评估主站发送风电场测试作业任务准备状态和主动测试作业任务集t中各个测试作业任务的测试项目名称和测试所需的风电场输出功率；
任务集中每个测试作业任务包括测试项目名称（name）、电网模拟频率时间序列（fti）、时间序列（ti）、测试所需的风电场输出功率值（pi）、agc指令和子站一次调频调整量的逻辑（spi）；步骤5：调度端一次调频评估主站收到测试作业任务准备未就绪，则转到步骤13；若调度端一次调频评估主站核查测试作业任务集t中测试任务全部完成，则转到步骤13；若未全部完成，调度端一次调频评估主站基于当前风电场运行工况和超短期风功率预测结果，判断作业任务集t中是否存在剩余测试作业任务的测试条件与当前风电场运行工况匹配；步骤6：若不存在，则等待60s后，返回步骤5；若存在，则满足条件的测试作业任务ti向风电场agc系统下发其所需的风电场初始运行功率p
agc0
；步骤7：风电场agc系统依据收到的风电场初始运行功率p
agc0
，调整风电场输出功率为p
agc0
，再发送设置风电场初始运行工况准备状态给调度端一次调频评估主站；步骤8：调度端一次调频评估主站收到设置风电场初始运行工况准备未就绪，则转到步骤13；调度端一次调频评估主站依据收到的设置场站初始运行工况准备已就绪后，向风电场端一次调频响应子站发送执行ti测试启动信号；步骤9：风电场端一次调频响应子站收到ti测试启动信号后，根据电网模拟频率值计算风电场输出功率调整量指令δp
ref
，并下发给风电场ems系统；同时记录当前时间时刻并发送给度端一次调频评估主站，用于一次调频指标计算；步骤10：风电场ems系统根据δp
ref
，当前时刻的风电场agc指令p
tagc
和前一控制周期p
t
‑
1agc
的值，计算当前时刻风电场输出有功功率指令p
wind,ref
，然后按照预定规则计算风电场内的各台在运风电机组有功功率指令p
ig,ref
，i=1,2,
∙∙∙
,n ，i为风电机组编号；n为当前风电场在运风电机组台数，并下发给各台风电机组控制系统；步骤11：执行一次调频在线主动测试60s后，等待10s，风电场端一次调频响应子站向主机发送ti测试结束信息；步骤12：调度端一次调频评估主站收到ti测试结束信号后，获取同步向量测量装置的实时信息，并启动ti测试结果评估程序；同时返回步骤6，继续完成其他在线主动测试作业任务；步骤13：测试终止。
12.进一步地，根据电网模拟频率值计算风电场输出功率调整量指令δp
ref
按以下公式计算：式中：f表示电网模拟频率值，单位为hz；fd表示一次调频死区，单位为hz；f
n
表示系统额定频率，单位为hz；pe表示一次调频控制对象额定容量，单位为mw；表示新能源一次调频调差系数，取值范围为2
‑
5；fl=50—fd，fh=50+fd。
13.进一步地，当前时刻风电场输出有功功率指令p
wind,ref
按以下公式计算：式中：f表示电网模拟频率值，单位为hz；fd表示一次调频死区，单位为hz；f
n
表示系统额定频率，单位为hz；pe表示一次调频控制对象额定容量，单位为mw；表示新能源一次调频调差系数，取值范围为2
‑
5；fl=50—fd，fh=50+fd。
14.进一步地，按照当前各台风电机组的最大可用功率，将风电场实时输出有功功率指令按照当前风电机组最大可用功率大小占比分配给各台风电机组；其中，p
igmax
表示第i台风电机组的最大可用功率，p
ig,ref
表示第i台风电机组的实时有功功率。
15.进一步地，风电场同步向量测量装置与调度端一次调频主站之间采用pmu数据通道，采用iec103规约协议传输实时数据，数据精度为10
‑
100ms；调度端一次调频主站和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间采用远动数据通道，基于102规约协议进行数据通信；风电场ems系统和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信，同步向量测量单元同风电场端一次调频响应子站的数据通信采用局域网网络接口硬接线，基于iec104规约协议进行数据通信。
16.进一步地，所述测试作业任务的测试条件与当前风电场运行工况匹配是指，90s内的风电场超短期风功率预测值都符合测试条件所需的风电场运行工况要求。
17.再一方面，一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行所述一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法。
18.有益效果本发明技术方案提供了一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法、系统及介质，该系统包括调度端一次调频评估主站，风电场端一次调频响应子站，风电场ems系统，风电场agc系统、数据通信网关机和风电场同步向量测量装置；调度端一次调频评估主站基于风电场运行工况和风功率超短期预测数据，逐个完成一次调频主动测试作业任务集中的在线测试项目，同时在线实时完成风电场一次调频能力评估与可视化展示；风电场端一次调频响应子站自动生成一次调频主动测试作业任务集，并在测试过程中实时在线计算风电场输出有功功率调整量，实现风电场参与电网一次调频。本发明设计了系统通信方法和在线主动评估方法流程，可自动在线完成风电场一次调频能力测试作业任务集中所有测
试项目，并自动量化评估测试作业结果，为精确掌控风电场一次调频能力和保证电网频率稳定安全具有重要意义。
19.本发明提供的在线主动评估方法具有以下几点优点：（1）主动评估过程中各系统模块功能分工明确，避免了在风电场ems系统中处理所有的指令计算、执行逻辑和遥控遥测数据信息传输，从而简化了系统架构设计和主动测试流程；（2）在风电场端一次调频响应子站自动生成测试作业任务集及其测试信息，其主要好处在于省略了测试信息数据由调度端主站下发到风电场子站后的数据解析和预处理时间，减少了风电一次调频能力在线主动测试所需的时间和效率。
20.（3）为了兼具快速性和可靠性的要求，主动评估所需的数据信息进行分阶段错失处理。主动测试过程中的遥控和遥测等控制信息进行实时传输，而一次调频性能主动评估所需的同步向量测量数据在测试结束后通过召唤方式获取，这种分阶段错时的数据处理方法能够减少测试过程中的数据丢失和数据阻塞的概率。
21.本发明提供的系统实现了控制指令数据和实时运行数据（pmu）的分阶段传输，减少了通信通道的带宽，提高了整个系统的快速性；充分利用了风电场已有设备及其功能，减少了系统的投资。各系统模块执行任务内容明确，避免了系统模块之间功能的交替和重叠。
22.附图说明
23.图1为本发明实施例所述系统的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图和实例对本发明做进一步的说明。
25.如图1所示，一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估系统，包括：风电场同步向量测量装置：设置在风电场升压变压器的高压侧，用于实时采集风电场并网点的三相基波电压、三相基波电流和风电场有功功率，并实时传输给风电场端一次调频子站和调度端一次调频主站；数据通信网关机：用于实时传送和接收风电场端一次调频响应子站、调度端一次调频评估主站和风电场agc系统的实时数据信息和控制指令；风电场ems系统：用于计算风电场调频后的实时输出有功功率指令，同时按照当前各台风电机组的最大可用功率，将风电场实时输出有功功率指令分配给各台风电机组；风电场agc系统：用于控制风电场输出有功功率，并下发风电场输出的有功功率至ems系统；调度端一次调频评估主站：用于利用风功率超短期预测数据，执行风电场一次调频能力主动测试程序；通过获取同步向量测量单元的电场输出功率响应曲线，进行风电场一次调频能力在线评估；风电场端一次调频响应子站：用于通过数据通信网关机从调度端一次调频评估主站接收的电网模拟频率数据，生成风电场一次调频主动测试作业任务集，并计算风电场需要调整的有功功率。
26.利用风电场的风功率预测系统提供的风功率超短期预测数据，判断是否执行测试作业。因为每一个测试任务的时间是60s，60s内风电场运行工况（输出功率大小）要满足该测试任务对风电场运行工况的要求，而风电场输出功率是时刻变化的，可能在前30s满足测试运行工况要求，而后30s不满足测试工况要求，造成该测试作业的失败，这是目前阶段被忽略的过程。引入风功率超短期预测数据后，在未来的90s内（预留30s的裕度）风电场运行工况都满足测试要求时，才执行该测试作业任务。否则，不执行，继续等待；该系统实现了控制指令数据和实时运行数据（pmu）的分阶段传输，减少了通信通道的带宽，提高了整个系统的快速性；充分利用了风电场已有设备及其功能，减少了系统的投资。各系统模块执行任务内容明确，避免了系统模块之间功能的交替和重叠。
27.所述数据通信网关机包括三个通道：pmu数据通道：采用iec103规约协议，实现数据通信网关机与调度端一次调频主站之间实时数据传输，数据精度为10
‑
100ms；远动数据通道：采用102规约协议，实现调度端一次调频主站和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信；局域网网络接口硬接线通道：采用iec104规约协议，实现风电场ems系统和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信，同步向量测量单元同风电场端一次调频响应子站的数据通信。
28.所述调度端一次调频评估主站上设置有可视化单元。
29.本实例还提供了一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法，包括以下步骤：步骤1：发送子站测试条件准备状态查询指令到风电场端一次调频响应子站；步骤2：风电场端一次调频响应子站进行自检，根据自检结果和风电场当前运行状态，判断是否具备子站测试条件，并将子站测试准备状态发送给调度端一次调频评估主站；步骤3：若调度端一次调频评估主站收到子站测试准备已就绪，则向风电场端一次调频响应子站发送电网模拟测试频率报文，否则，终止测试；步骤4：风电场端一次调频响应子站收到电网模拟测试频率报文后，解析电网模拟频率报文，并结合测试所需的风电场输出功率条件，自动生成风电场一次调频主动测试作业任务集t，任务集中每个测试作业任务包括测试项目名称（name）、电网模拟频率时间序列（f
ti
）、时间序列（ti）、测试所需的风电场输出功率值（pi）、agc指令和子站一次调频调整量的逻辑（spi），并向调度端一次调频评估主站发送风电场测试作业任务准备状态和主动测试作业任务集t中各个测试作业任务的name和pi测试信息；；步骤5：调度端一次调频评估主站收到测试作业任务准备未就绪，则转到步骤13；若调度端一次调频评估主站核查测试作业任务集t中测试任务全部完成，则转到步骤13；若未全部完成，调度端一次调频评估主站基于当前风电场运行工况和超短期风功率预测结果，判断作业任务集t中是否存在剩余测试作业任务的测试条件与当前风电场运行工况匹配；所述测试作业任务的测试条件与当前风电场运行工况匹配是指，90s内的风电场超短期风功率预测值都符合测试条件所需的风电场运行工况要求。
30.步骤6：若不存在，则等待60s后，返回步骤5；若存在，则满足条件的测试作业任务
ti向风电场agc系统下发其所需的风电场初始运行功率p
agc0
；步骤7：风电场agc系统依据收到的风电场初始运行功率p
agc0
，调整风电场输出功率为p
agc0
，再发送设置风电场初始运行工况准备状态给调度端一次调频评估主站；步骤8：调度端一次调频评估主站收到设置风电场初始运行工况准备未就绪，则转到步骤13；调度端一次调频评估主站依据收到的设置场站初始运行工况准备已就绪后，向风电场端一次调频响应子站发送执行ti测试启动信号；步骤9：风电场端一次调频响应子站收到ti测试启动信号后，根据电网模拟频率值计算风电场输出功率调整量指令δp
ref
，并下发给风电场ems系统；同时记录当前时间时刻并发送给度端一次调频评估主站，用于一次调频指标计算；步骤10：风电场ems系统根据δp
ref
，当前时刻的风电场agc指令p
tagc
和前一控制周期p
t
‑
1agc
的值，计算当前时刻风电场输出有功功率指令p
wind,ref
，然后按照预定规则计算风电场内的各台在运风电机组有功功率指令p
ig,ref
，i=1,2,
∙∙∙
,n ，i为风电机组编号；n为当前风电场在运风电机组台数，并下发给各台风电机组控制系统；步骤11：执行一次调频在线主动测试60s后，等待10s，风电场端一次调频响应子站向主机发送ti测试结束信息；步骤12：调度端一次调频评估主站收到ti测试结束信号后，获取同步向量测量装置的实时信息，并启动ti测试结果评估程序；同时返回步骤6，继续完成其他在线主动测试作业任务；步骤13：测试终止。
31.根据电网模拟频率值计算风电场输出功率调整量指令δp
ref
按以下公式计算：式中：f表示电网模拟频率值，单位为hz；fd表示一次调频死区，单位为hz；f
n
表示系统额定频率，单位为hz；pe表示一次调频控制对象额定容量，单位为mw；表示新能源一次调频调差系数，取值范围为2
‑
5；fl=50—fd，fh=50+fd。
32.当前时刻风电场输出有功功率指令p
wind,ref
按以下公式计算：。
33.按照当前各台风电机组的最大可用功率，将风电场实时输出有功功率指令按照当
前风电机组最大可用功率大小占比分配给各台风电机组；其中，p
igmax
表示第i台风电机组的最大可用功率，p
ig,ref
表示第i台风电机组的实时有功功率。
34.风电场同步向量测量装置与调度端一次调频主站之间采用pmu数据通道，采用iec103规约协议传输实时数据，数据精度为10
‑
100ms；调度端一次调频主站和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间采用远动数据通道，基于102规约协议进行数据通信；风电场ems系统和同风电场端一次调频响应子站、风电场agc系统之间的数据通信，同步向量测量单元同风电场端一次调频响应子站的数据通信采用局域网网络接口硬接线，基于iec104规约协议进行数据通信。
35.应当理解，本发明各个实施例中的功能单元模块可以集中在一个处理单元中，也可以是各个单元模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上的单元模块集成在一个单元模块中，可以采用硬件或软件的形式来实现。
36.本发明实施例还提供一种可读存储介质，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理终端执行时使所述处理终端执行所述一种内陆山地风电一次调频能力在线主动评估方法，其有益效果参见方法部分的有益效果，在此不再赘述。
37.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
38.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
39.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
40.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
41.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。