一种功率调度系统的制作方法
【专利摘要】一种功率调度系统，包括多个分布式发电单元、数据采集和监控系统、功率集中调度装置和应于各发电单元的调度适配器，各发电单元的变流器、控制系统和以太网交换机依次连接，发电单元通过其以太网交换机与数据采集和监控系统和功率集中调度装置通信连接，各调度适配器与其对应的发电单元通讯连接，并通过以太网交换机A组网形成功率调度网络，功率调度网络与数据采集和监控系统、功率集中调度装置通讯连接。本实用新型采用独立调度适配器并组成功率调度网络，系统处理能力强，满足发电单元有功、无功实时调度需求，并在调度适配器上可对不同发电单元开发不同通讯协议，对功率集中调度装置提供统一通讯接口，为功率调度系统部署提供较大便利。
【专利说明】一种功率调度系统【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率调度系统，具体涉及一种用于风力发电、太阳能发电等呈现随机性、间歇性发电特性的发电系统的功率调度系统。
【背景技术】
[0002]近年来，风力发电、特别是风能、太阳能等发电系统已在世界范围内获得了迅猛发展，其单机容量不断提高，发电场规模不断扩大。风力发电场往往属于典型的分布式发电系统，由较多的、分散的发电单元构成，其发电单元的发电特性受现场的气候影响大，呈现较大的随机性和间歇性。为了更好地融于公用电网，可预测和可调度性能逐渐成为风力发电场高效、可靠运行的保障条件。
[0003]当前，各风力发电场已基本配备了数据采集和监控系统SCADA (SupervisoryControl And Data Acquisition),对各发电单元进行组网连接，以实现对发电场各发电单元的集中监控。以风力发电系统为例，其SCADA系统的基本构成如图1所示，各风力发电机组的变流器、控制系统和以太网交换机依次连接，各风力发电机组通过其以太网交换机与SCADA系统连接。这类SCADA系统主要用于发电场及部件运行状态和参数的集中监控，少数也宣称具备功率集中调度功能。这种依附于SCADA系统上的功率调度方式存在以下缺陷:
[0004]首先，由于受通讯链路和原有通讯数据的影响，基于SCADA系统的功率调度功能在风力发电单元侧表现出来的实时性往往达不到电力调度部门的要求，特别是在无功调度方面。
[0005]其次，SCADA 系统的兼容性低，给系统的通信连接带来困难。对于单个发电场，尽管一般仅采用一套SCADA系统，但由于各风力发电单元的具体型号甚至提供商可能不同，风力发电单元的通讯接口和协议存在差异，故需要针对不同的风力发电单元开发不同的通讯接口和协议，这对于SCADA系统的提供商来说，往往难于做到。对于不同发电场，由于所采用的SCADA数据采集和监控系统往往不同，给发电场功率调度功能的部署造成了较大的困难。
实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题是，提供一种功率调度系统，克服现有数据采集和监控系统功率调度实时性难于满足要求、通讯接口和协议兼容性差的缺陷。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种功率调度系统，包括多个分布式发电单元、数据采集和监控系统、功率集中调度装置，各发电单元的变流器、控制系统和以太网交换机依次连接，各发电单元通过其以太网交换机与该数据采集和监控系统和该功率集中调度装置通信连接，其特征在于，所述功率调度系统还包括对应于各所述发电单元的调度适配器；各所述调度适配器与其对应的所述发电单元通讯连接，并通过以太网交换机A组网形成功率调度网络，该功率调度网络与所述数据采集和监控系统、所述功率集中调度装置通讯连接。[0008]在本实用新型的功率调度系统中，所述以太网交换机A为各发电单元的所述太网交换机，或所述以太网交换机A为对应于各所述调度适配器的新设以太网交换机。
[0009]在本实用新型的功率调度系统中，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的控制系统和以太网交换机通讯连接。
[0010]在本实用新型的功率调度系统中，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的变流器和以太网交换机通讯连接。
[0011]在本实用新型的功率调度系统中，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的变流器、控制系统和以太网交换机通讯连接。
[0012]在本实用新型的功率调度系统中，所述调度适配器包括处理器、分别与该处理器连接的收发器一、收发器二、时钟和存储器，该收发器一、收发器二分别与所述发电单元和所述功率集中调度装置通讯连接。
[0013]在本实用新型的功率调度系统中，所述分布式发电单元为风力发电单元，所述风力发电单元包括风力发电机、控制系统、变流器，或所述分布式发电单元为光伏发电单元，所述光伏发电单元包括光伏电池阵列、控制系统、变流器。
[0014]实施本实用新型的功率调度系统，与现有技术比较，其有益效果是:
[0015]1.采用独立的调度适配器并组成功率调度网络，系统处理能力强，可满足发电单元有功、无功实时调度的需求；
[0016]2.同时，在调度适配器上可对不同的发电单元开发不同的通讯协议，而对功率集中调度装置则可提供统一的通讯接口，为功率调度系统的部署提供了较大的便利。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是风力发电场现有的SCADA数据采集和监控系统的连接示意图。
[0018]图2是本实用新型功率调度系统实施例一的连接关系不意图。
[0019]图3是本实用新型功率调度系统实施例二的连接关系不意图。
[0020]图4是本实用新型功率调度系统实施例二的连接关系不意图。
[0021]图5是本实用新型功率调度系统中调度适配器器的结构示意图。
[0022]图6是本实用新型功率调度系统中调度适配器器内置软件的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024]本实用新型的功率调度系统适用于发电特性受现场气候、自然规律等原因影响大，呈现较大的随机性和间歇性的分布式发电单元，如风力发电单元、光伏发电单元(光伏发电单元包括光伏电池阵列、控制系统、变流器(即光伏逆变器))、潮汐发电单元等。以下以风力发电系统为例进行说明，其他分布式发电单元情况相同。
[0025]实施例一
[0026]如图2所示，本实用新型的功率调度系统包括多个分布式发电单元、数据采集和监控系统、功率集中调度装置、调度适配器。调度适配器对应于各发电单元设置。
[0027]各风力发电单元包括风力发电机、控制系统、变流器和以太网交换机(对于变速型风力发电单元，还包括变桨距系统)，其中，变流器、控制系统和以太网交换机依次连接，各发电单元通过其以太网交换机与该数据采集和监控系统和该功率集中调度装置通信连接。
[0028]各调度适配器与其对应的发电单元中的控制系统和以太网交换机通讯连接，并通过各发电单元的以太网交换机(在其他实施例中，可通过对应于各调度适配器的新设以太网交换机)组网形成功率调度网络，该功率调度网络与数据采集和监控系统、功率集中调度装置通讯连接。
[0029]调度适配器可以安装在风力发电单元的内部或者外部。
[0030]为了实现对风场内各风力发电单元有功功率和/或无功功率的控制,功率集中调度装置通过其内置的功率集中调度软件(该调度软件可采用现有技术)，向上述各调度适配器下达有功功率和/或无功功率指令，各调度适配器再对对应的风力发电单元中的控制系统下达有功功率和/或无功功率的控制命令。调度适配器主要承担了协议转换工作，将来自功率调度网络的有功功率和/或无功功率指令，转换为对应风力发电单元中的控制系统所能接受的有功功率和/或无功功率的控制命令。
[0031]如图5所示，调度适配器包括处理器、分别与处理器连接的时钟、存储器、收发器
一、收发器二等硬件部件，其中收发器一与风力发电单元通讯连接，收发器二与功率集中调度装置网络连接。
[0032]调度适配器对风力发电单元中的控制系统可采用通用的基于以太网的电气链路或光纤链路的数字通讯方式。
[0033]如图6所示，调度适配器包括数据接收、协议转换及相关处理、数据发送等软件功能。其中数据接收一、数据发送一功能与风力发电单元接口，数据接收二、数据发送二功能与功率集中调度装置接口，数据接收一、数据发送一通过协议转换及相关处理与数据接收
二、数据发送二接口。
[0034]本实用新型采用独立的调度适配器并组成功率调度网络，系统处理能力强，可满足风电场有功、无功实时调度的需求；同时在调度适配器上可对不同的风力发电单元开发不同的通讯协议，而对功率集中调度装置则可提供统一的通讯接口，为功率调度系统的部署提供了较大的便利。
[0035]这种新增的、独立的调度适配器，可对不同的风力发电单元开发不同的通讯协议，而对功率集中调度装置则可提供统一的通讯接口，从而为新增的功率调度系统的部署提供了极大的便利。即在部署功率调度系统时，现有的风力发电单元基本可维持不变，对各种风力发电单元的适配工作主要在适配器内完成；同时，也是由于适配器的转换作用，功率集中调度装置对下只用设置一种统一的通讯接口。
[0036]实施例二
[0037]如图3所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于:调度适配器与其对应的发电单元中的变流器和以太网交换机通讯连接。
[0038]为了实现对风场内各风力发电单元无功功率的控制，功率集中调度装置通过其内置的功率集中调度软件(该调度软件可采用现有技术)，向各调度适配器下达无功功率指令，各调度适配器再对对应的风力发电单元中的变流器下达无功功率的控制命令。这里的调度适配器一方面承担了协议转换工作，将来自功率调度网络的无功功率指令转换为对应风力发电单元中的变流器所能接受的无功功率的控制命令。另一方面，由于风力发电单元中的无功输出直接来自变流器控制，借助调度适配器较强的处理能力，以及调度适配器较强与变流器的直接连接，调度适配器还可承担类似AVC无功控制功能，以便显著提升系统的无功响应的实时性和控制精度。比如，功率集中调度装置可将发电单元的近端电压目标作为无功功率指令下发给调度适配器，调度器通过运行一定的调节算法，可实时计算出适合本发电单元的无功功率的控制命令，并直接下发给变流器，获得对应的无功输出。这里的调节算法可以是比例一积分调节算法，即针对本发电单元的近端电压目标值和近端电压实测值的差值，进行比例一积分调节，其结果经过限幅后可作为本发电单元的无功功率的控制指令；调节算法也可以是简单的比例调节算法，即针对本发电单元的近端电压目标值和近端电压实测值的差值的大小，按照一个比例系数直接生成本发电单元的无功功率的控制指令。
[0039]调度适配器对风力发电单元中的变流器可采用通用的基于以太网的电气链路或光纤链路的数字通讯方式，也可采用基于4?20mA或O?IOV等电流、电压信号的模拟通讯方式。
[0040]实施例三
[0041]如图4所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于:调度适配器与其对应的发电单元中的变流器、控制系统和以太网交换机通讯连接。
[0042]为了实现对风场内各风力发电单元有功功率和无功功率的控制,功率集中调度装置通过其内置的功率集中调度软件(该调度软件可采用现有技术)，向各调度适配器下达有功功率和无功功率指令，各调度适配器再对对应的风力发电单元中的控制系统下达有功功率控制命令，对风力发电单元中的变流器下达无功功率的控制命令。这里的调度适配器一方面承担了协议转换工作，将来自功率调度网络的有功功率指令转换为对应风力发电单元中的控制系统所能接受的有功功率和无功功率的控制命令，将来自功率调度网络的无功功率指令转换为对应风力发电单元中的变流器所能接受的无功功率的控制命令。另一方面，由于风力发电单元中的无功输出直接来自变流器控制，借助调度适配器较强的处理能力，以及调度适配器较强与变流器的直接连接，调度适配器还可承担类似AVC无功控制功能，以便显著提升系统的无功响应的实时性和控制精度。比如，功率集中调度装置可将发电单元的近端电压目标作为无功功率指令下发给调度适配器，调度器通过运行一定的调节算法，可实时计算出适合本发电单元的无功功率的控制指令，并直接下发给变流器，获得对应的无功输出。调节算法可以是比例一积分调节算法，即针对本发电单元的近端电压目标值和近端电压实测值的差值，进行比例一积分调节，其结果经过限幅后可作为本发电单元的无功功率的控制指令；调节算法也可以是简单的比例调节算法，即针对本发电单元的近端电压目标值和近端电压实测值的差值的大小，按照一个比例系数直接生成本发电单元的无功功率的控制指令。
[0043]调度适配器对风力发电单元中的控制系统和变流器，可采用通用的基于以太网的电气链路或光纤链路的数字通讯方式，也可采用基于4?20mA或O?IOV等电流、电压信号的模拟通讯方式。
【权利要求】
1.一种功率调度系统，包括多个分布式发电单元、数据采集和监控系统、功率集中调度装置，各发电单元的变流器、控制系统和以太网交换机依次连接，各发电单元通过其以太网交换机与该数据采集和监控系统和该功率集中调度装置通信连接，其特征在于，所述功率调度系统还包括对应于各所述发电单元的调度适配器；各所述调度适配器与其对应的所述发电单元通讯连接，并通过以太网交换机A组网形成功率调度网络，该功率调度网络与所述数据采集和监控系统、所述功率集中调度装置通讯连接。
2.如权利要求1所述的功率调度系统，其特征在于，所述以太网交换机A为各发电单元的所述太网交换机，或所述以太网交换机A为对应于各所述调度适配器的新设以太网交换机。
3.如权利要求2所述的功率调度系统，其特征在于，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的控制系统和以太网交换机通讯连接。
4.如权利要求2所述的功率调度系统，其特征在于，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的变流器和以太网交换机通讯连接。
5.如权利要求2所述的功率调度系统，其特征在于，所述调度适配器与其对应的所述发电单元中的变流器、控制系统和以太网交换机通讯连接。
6.如权利要求1至5之一所述的功率调度系统，其特征在于，所述调度适配器包括处理器、分别与该处理器连接的收发器一、收发器二、时钟和存储器，该收发器一、收发器二分别与所述发电单元和所述功率集中调度装置通讯连接。
7.如权利要求1至5之一所述的功率调度系统，其特征在于，所述分布式发电单元为风力发电单元，所述风力发电单元包括风力发电机、控制系统、变流器，或所述分布式发电单元为光伏发电单元，所述光伏发电单元包括光伏电池阵列、控制系统、变流器。
8.如权利要求6所述的功率调度系统，其特征在于，所述分布式发电单元为风力发电单元，所述风力发电单元包括风力发电机、控制系统、变流器，或所述分布式发电单元为光伏发电单元，所述光伏发电单元包括光伏电池阵列、控制系统、变流器。
【文档编号】H02J13/00GK203617787SQ201320694231
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】周党生, 王超 申请人:深圳市禾望电气有限公司