基于实时通讯网络的新能源快速调频系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及新能源发电控制技术领域，特别涉及一种基于实时通讯网络的新能源快速调频系统及其控制方法。


背景技术：

2.一次调频系统中频率测量是新能源发电控制技术中最为关键的模块之一。频率是电力系统运行的一个重要指标，也是信号分析与处理中一个最基本的物理量。电网动态频率的定义为标准正弦交流电的频率，也就是信号每秒变化周期数。近期频率的动态测量越来越成为一个重要课题。频率反映系统发电和负荷之间的动态平衡关系，它的变化是一个动态的过程。电网在实际运行中，频率时刻都在发生着大大小小的波动。频率波动不仅表征系统的动态行为而且包含丰富的时间信息，其变化具有均一性和独特性。
3.频率波动会产生很大的影响，系统频率过高可能使汽轮机超速保护动作，过低则可能使火电厂或核电厂辅机功率严重降低而小能维持运行，低频运行还可能损害大机组的寿命。频率波动引起发电机输出功率、负荷消耗功率和电网电压的变化，而电压变化又进一步影响发电功率和负荷功率两者的改变。
4.现有一次调频技术一般才有电网中常用的基于tcp传输协议的中非实时通讯网络对光伏或风机等设备进行功率调节控制。在实际运行过程中一次调整过程从控制指令到功率装置接收控制调节量以及反馈状态量的通讯延时近200ms。为了达到控制效果，实际一次调频过程需要根据总功率和频率的变化进行多次的调节，除掉装置动作的延时，非实时通讯时间占据的时间最大。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种基于实时通讯网络的新能源快速调频系统及其控制方法，通过获取的新能源场站并网点的电压信号和电流信号，计算并网点的频率信息和功率信息，结合agc系统的功率控制指令，得出新能源场站受控单元的功率设定值，实现了对新能源场站的快速调频，满足了电网一次调频的需求，增加了电网的可靠性。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种基于实时通讯网络的新能源快速调频控制系统，包括：agc通讯接口模块、分布式光伏通讯接口模块、功率设定模块、频率检测模块和功率检测模块；
7.整个实时通讯网络包括了频率测量模块到功率设定模块；功率设定模块输出到分布式光伏通讯接口模块。整个电网频率感知计算到功率设定值输出过程严格控制在1ms内。同时分布式光伏通讯接口模块与光伏逆变器采用1对1的串行通讯，弃用了传统1对多的轮询通讯模式。最终整个控制环节通讯速度比传统方式提高了至少10倍。
8.所述agc通讯接口模块通过实时通讯网络与agc系统连接；
9.所述频率检测模块获取新能源场站并网点的实际频率值，并对其进行加窗处理和fft计算，得到快速调节功率值；
10.所述功率检测模块获取所述新能源场站并网点的实际功率值，并将其发送至所述功率设定模块；
11.所述功率设定模块通过所述agc通讯接口模块获取所述agc系统的功率控制指令，将所述功率控制指令中的功率指令值和所述快速调节功率值进行叠加，并依据所述实际功率值得到功率设定值，进而通过所述分布式光伏通讯接口模块将所述功率设定值发送至所述新能源场站受控单元。
12.进一步地，所述agc通讯接口模块通过iec60870
‑5‑
104协议或modbus tcp/rtu协议与所述agc系统进行数据交互。
13.进一步地，所述分布式光伏通讯接口模块通过modbus tcp/rtu协议与所述新能源场站的受控单元进行数据交互。
14.进一步地，所述功率设定模块还包括存储单元；
15.所述存储单元用于存储所述实际频率值、所述实际功率值、所述功率指令值、所述快速调节功率值和/或所述功率设定值。
16.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法，包括如下步骤：
17.获取agc系统的功率控制指令；
18.获取受控单元的状态信息，其中，受控单元包括：光伏逆变器、储能ems、储能pcs和风机ems中的至少一个；
19.通过频率测量模块获取并网点的实际频率值，依据所述实际频率值计算快速调节功率值，与所述agc系统的所述功率控制指令中的功率指令值比较后得到目标功率值，并将所述目标功率值发送至功率设定模块；
20.通过功率测量模块获取所述并网点的实际功率值，并将所述实际功率值发送至所述功率设定模块；
21.依据所述目标功率值和所述实际功率值，得到所述受控单元的功率设定值，并将所述功率设定值发送至所述受控单元。
22.进一步地，所述的基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法还包括：
23.获取所述受控单元的功率反馈值；
24.依据所述功率反馈值，调整所述功率设定模块的功率设定值，并将所述功率设定值发送至所述受控单元。
25.进一步地，所述的基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法还包括：
26.通过功率设定模块向若干个所述新能源场站受控单元发送同步启动信号，使新能源场站的输出同步。
27.进一步地，所述通过频率测量模块获取并网点的实际频率值，包括：
28.获取新能源厂站并网点的电流数据和电压数据；
29.对所述电流数据和所述电压数据进行加窗处理，并对加窗处理后的所述电流数据和所述电压数据进行傅里叶计算，得到相位数据；
30.依据连续两个周期的所述相位数据的相位差，计算基波频率，进一步得到频率变化率。
31.相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；
以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述任一基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法。
32.相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法。
33.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
34.(1)通过获取的新能源场站并网点的电压信号和电流信号，计算并网点的频率信息和功率信息，结合agc系统的功率控制指令，得出新能源场站受控单元的功率设定值，实现了对新能源场站的快速调频，满足了电网一次调频的需求，增加了电网的可靠性；
35.(2)整个电网频率感知计算到功率设定值输出过程严格控制在1ms内，同时分布式光伏通讯接口模块与光伏逆变器采用1对1的串行通讯，弃用了传统1对多的轮询通讯模式，最终整个控制环节通讯速度比传统方式提高了至少10倍。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统连接示意图；
37.图2是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统原理示意图；
38.图3是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统控制方法流程图；
39.图4是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统同步信号发送示意图；
40.图5是本发明实施例提供的频率测量模块信号处理示意图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
42.图1是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统连接示意图。
43.图2是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统原理示意图。
44.请参照图1和图2，本发明实施例提供一种基于实时通讯网络的新能源快速调频控制系统，包括：agc通讯接口模块、分布式光伏通讯接口模块、功率设定模块、频率检测模块和功率检测模块。agc通讯接口模块通过实时通讯网络与agc系统连接；频率检测模块获取新能源场站并网点的实际频率值，并对其进行加窗处理和fft计算，得到快速调节功率值；功率检测模块获取新能源场站并网点的实际功率值，并将其发送至功率设定模块；功率设定模块通过agc通讯接口模块获取agc系统的功率控制指令，将功率控制指令中的功率指令值和快速调节功率值进行叠加，并依据实际功率值得到功率设定值，进而通过分布式光伏通讯接口模块将功率设定值发送至新能源场站受控单元。
45.通过使新能源场站一次调频响应功能与agc系统相协调，新能源场站有功功率控制目标值结合agc系统功率指令值与一次调频有功功率指令值的闭锁和叠加逻辑。新能源场站有功功率的控制目标应为agc指令值与快速频率响应调节量代数和，且当电网频率超
出50
±
0.1hz时,新能源场站一次调频功能应闭锁agc反向调节指令。
46.通过高速的实时通讯网络，可以实现新能源场站并网点的快速频率及快速控制指令传输，提高了新能源场站一次调频的调频效果。实时通讯网络包括了频率测量模块到功率设定模块；功率设定模块输出到分布式光伏通讯接口模块。整个电网频率感知计算到功率设定值输出过程严格控制在1ms内。
47.具体的，agc通讯接口模块通过iec60870
‑5‑
104协议或modbus tcp/rtu协议与agc系统进行数据交互。可选的，该模块可实现iec60870
‑5‑
104通讯规约。由于本系统要求连接的通讯对象较多，每组通讯连接需要调用基于tcp协议的iec60870
‑5‑
104协议栈。为了提高系统响应速度，该协议栈使用c代码实现，由报文接收、报文处理、报文返回三个模块组成。同时，agc通讯接口模块具备同步启动信号功能，多个受控单元可以根据同步启动信号进行输出同步。
48.具体的，分布式光伏通讯接口模块通过modbus tcp/rtu协议与新能源场站的受控单元进行数据交互。该模块可实现modbus tcp通讯规约。由于本系统要求连接的通讯对象较多，每组通讯连接需要调用基于tcp协议的modbus tcp协议栈。为了提高系统响应速度，该协议栈使用c代码实现，由报文接收、报文处理、报文返回三个模块组成。分布式光伏通讯接口模块与光伏逆变器采用1对1的串行通讯，弃用了传统1对多的轮询通讯模式，使得最终整个控制环节通讯速度比传统方式提高了至少10倍。
49.根据设备的现场布置，通讯接口模块可以灵活配置。同时，一个接口装置可以控制多台逆变器。另外，在高同步性要求的场合，通讯接口模块提供100纳秒基本同步控制脉冲方便分布式逆变器控制器实现同步输出。
50.在本发明实施例的一个具体实施方式中，功率设定模块还包括存储单元；存储单元用于存储实际频率值、实际功率值、功率指令值、快速调节功率值和/或功率设定值。
51.如图1所示，agc系统将功率指令通过以太网直接发送至新能源场站的多个逆变器，快速频率协调控制系统测量到频率波动时，通过modbus tcp网络闭锁agc指令对逆变器的控制，快速频率协调控制系统根据测量到的频率实际值和初始功率以及接入点电网的计算规范得到不同频率对应的功率，快速频率协调控制系统将该功率通过快速实时通讯总线发送给各逆变器实现快速功率控制。
52.在频率测量中，算法的设计是频率测量中的核心环节。频率测量一般来说，主要包括中心算法和辅助算法两部分。中心算法就是频率测量算法，辅助算法分包括信号预处理和结果再处理两部分分别为频率测量服务以及一些后续的结果处理以实现数据结果的优化，以更好更准确的实现实际的应用。整个测量过程中，中心算法设计中占了主导地位，但是很大的程度上算法能否预期执行和装置是否可靠也受辅助算法影响。实践证明，要想获得一个抗干扰、精度高、实时性强的辅助算法并不简单。要选择合适的辅助算法还是主要看信号模型、后续控制或分析所需的频率特征、主算法的计算能力强弱、响应时间要求、精度高低要求以及软硬件的约束条件等。
53.图3是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统控制方法流程图。
54.相应地，请参照图3，本发明实施例的第二方面提供了一种基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法，包括如下步骤：
55.s100，获取agc系统的功率控制指令。
56.s200，获取受控单元的状态信息，其中，受控单元包括：光伏逆变器、储能ems、储能pcs和风机ems中的至少一个。
57.s300，通过频率测量模块获取并网点的实际频率值，依据实际频率值计算快速调节功率值，与agc系统的功率控制指令中的功率指令值比较后得到目标功率值，并将目标功率值发送至功率设定模块。
58.s400，通过功率测量模块获取并网点的实际功率值，并将实际功率值发送至功率设定模块。
59.s500，依据目标功率值和实际功率值，得到受控单元的功率设定值，并将功率设定值发送至受控单元。
60.具体的，基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法还包括：
61.s610，获取受控单元的功率反馈值。
62.s620，依据功率反馈值，调整功率设定模块的功率设定值，并将功率设定值发送至受控单元。
63.图4是本发明实施例提供的新能源快速调频控制系统同步信号发送示意图。
64.具体的，请参照,4，基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法还包括：
65.s700，通过功率设定模块向若干个新能源场站受控单元发送同步启动信号，使新能源场站的输出同步。
66.通过将功率设定模块的同步指令发送至新能源场站的各个受控单元，实现了各个受控单元受控的一致性，提升了一次调频的调频性能。
67.同时分布式光伏通讯接口模块与光伏逆变器采用1对1的串行通讯，弃用了传统1对多的轮询通讯模式。最终整个控制环节通讯速度比传统方式提高了至少10倍。
68.图5是本发明实施例提供的频率测量模块信号处理示意图。
69.请参照图5，在本发明实施例的一个具体实施方式中，通过频率测量模块获取并网点的实际频率值，包括：
70.s310，获取新能源厂站并网点的电流数据和电压数据。
71.s320，对电流数据和电压数据进行加窗处理，并对加窗处理后的电流数据和电压数据进行傅里叶计算，得到相位数据。
72.具体的，对电压值和电流值进行快速傅里叶计算，
[0073][0074]
其中，y[k]为计算得到的第k个离散频谱，y[n]为第n个采样点数值，k＝0,1,2
…
n
‑
1。
[0075]
频率可由间隔两次计算周期得到的相角差除以2π得到。功率计算公式为:
[0076]
p
total
＝p
a
+p
b
+p
c
，
[0077]
其中，p
a
、p
b
、p
c
分别为a，b，c三相有功功率，而每相功率的计算公式为：
[0078][0079]
其中，n为采样点数，u
(t)
和i
(t)
分别为相应采样点的电压和电流。
[0080]
频率计算公式为：
[0081][0082]
其中，α1和α2分别为相邻两次计算周期得到的相角，delta
t
为计算间隔。
[0083]
s330，依据连续两个周期的相位数据的相位差，计算基波频率，进一步得到频率变化率。
[0084]
相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器连接的存储器；其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述任一基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法。
[0085]
相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一基于实时通讯网络的新能源快速调频控制方法。
[0086]
本发明实施例旨在保护一种基于实时通讯网络的新能源快速调频系统及其控制方法，其中新能源快速调频系统包括：agc通讯接口模块、分布式光伏通讯接口模块、功率设定模块、频率检测模块和功率检测模块；agc通讯接口模块通过实时通讯网络与agc系统连接；频率检测模块获取新能源场站并网点的实际频率值，并对其进行fft计算，得到快速调节功率值；功率检测模块获取新能源场站并网点的实际功率值，并将其发送至功率设定模块；功率设定模块通过agc通讯接口模块获取agc系统的功率控制指令，将功率控制指令中的功率指令值和快速调节功率值进行叠加，并依据实际功率值得到功率设定值，进而通过分布式光伏通讯接口模块将功率设定值发送至新能源场站受控单元。上述技术方案具备如下效果：
[0087]
通过获取的新能源场站并网点的电压信号和电流信号，计算并网点的频率信息和功率信息，结合agc系统的功率控制指令，得出新能源场站受控单元的功率设定值，实现了对新能源场站的快速调频，满足了电网一次调频的需求，增加了电网的可靠性。
[0088]
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。
[0089]
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。
[0090]
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。
[0091]
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。
[0092]
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。