新能源电站快速频率响应控制系统/一次调频系统


1.  新能源电站快速频率响应控制系统(PFC

1.1背景介绍

当前, 西北电网新能源装机已达到西北调度口径装机容量的34.55%,成为网内第二大装机电源, 装机容量及占比均位居六大区域电网第一,具有转动惯量的常规水、火电机组开机比例逐步下降,因新能源不具备快速频率响应能力,电网频率控制特性的结构性困境日趋明显。开展新能源场站快速频率响应推广应用工作是保障新能源高占比形态下西北送端大电网安全稳定运行的重大举措,对促进西北区域新能源持续健康发展具有重要意义。


1.2系统介绍

新能源(风电场、 光伏发电站)场站利用 相应的有功控制系统、单机或加装独立控制装置完成有功-频率下垂特性控制,使其在并网点具备参与电网频率快速调整能力。快速频率响应有功-频率下垂特性通过设定频率与有功功率折线函数实现,

即:

其中:

   fd—频率快速响应动作门槛,Hz

   fN—系统额定频率,Hz

   PN—额定功率,MW

   δ%—频率快速响应调差率

   P0—有功功率初值,MW


调频快速响应控制系统主要功能包括:

(1)   监测机组安全约束调节,根据接收到的控制命令在满足安全约束条件下实施控制命令输出;

(2)   当系统频率发生偏移时,能够按照既定曲线完成系统的一次调频响应:当频率上升时能够主动减少有功输出;当频率下降时,在限功率状态下能够主动提升功率;

图 光伏电站频率快速响应控制系统结构

图 风电场频率快速响应控制系统结构

2.  系统技术特点

(1)   并网点数据高精度实时采集计算

可以采集并网点CT&PT模拟量信号;计算并网点电压,电流,有功功率,无功功率,功率因数,频率,序分量,不平衡电压等,同时能对采集数据、计算数据、以及策略数据进行存储;

(2)   控制点灵活选择

可根据不同风电场的拓扑结构,合理的选择控制点,以满足电网和用户的要求;如右图所示,可以选择高压侧或者低压侧,满足电网对风电场调频和调压功能的考核。


 

新能源场站拓扑图

(3)   录波功能

可以根据用户需求对控制系统所有电气量进行录波,便于进行故障分析;

(4)   智能分配策略控制

频率快速响应控制方案考虑了每台风机/逆变器的实际运行状况,根据整站的约束条件分配最优的控制策略;


(5)   快速可靠的场站通讯解决方案

1)   系统采用直接与单台逆变器通讯,从接口直接通过光纤方式传输至核心服务器,保证了通讯的高效率;

2)   对于通讯接口不足的厂站,通过独创的“一转二”方式解决,以满足快速计算响应的要求

(6)   硬件平台

采用高性能的处理模块、组件和人机界面,实现了高性能、高可靠性、免风扇、低功耗的整机一体化的工业级设计,保障了系统的安全稳定;高精度的计算模块增加了控制策略的可靠性;

(7)   软件平台

基于先进的多任务操作系统平台,优化的软件系统结构,大大提高软件系统的可靠性,保障整个系统具有优异的整体性能;

(8)   安装与维护

柜内走线强弱电分离,独立的电源回路、输入输出信号电气隔离,合理的设计使得柜子安装便捷,系统免维护;


3.  技术参数

技术参数

单位

取值

备注

环境参数

工作状态下的环境温度

-15 ~+40

-

储存环境温度

-40 ~+60

-

工作状态下的环境湿度

%

20~90

环境温度为40℃

储存环境湿度

%

<90

环境温度为50℃

大气压力

kPa

79.5~ 106.0

-

海拔

Meter

2000

-

使用地点

-

户内使用

-

地震强度

-

8

电气参数

电网电压

n  正常运行

Un

1.2

-

n  工作10

Un

1.4

-

n  设备闭锁

Un

>1.4

-

电网电流

n  正常运行

In

1.2

-

n  工作10

In

2

-

n  设备闭锁

In

>2

-

工作电源(21

n  交流电源(AC

V

100~240

-

n  直流电源(DC

V

110

-

电网适应性

n  可适应电网频率范围

Hz

45~ 55

n  可适应电网电压范围

%Un

80-120

-

模拟量/开关量输入输出

n  交流电流输入

A

1或者5

n  交流电压输入

V

100

L-L(线电压)

n  开关量输入

18个开关量输入通道

2)常开常闭接点

n  开关量输出

14个开关量输出通道

2)最大开关容量1500VA

响应时间

n  数据采集周期

毫秒

<100

-

n  策略最快执行周期

毫秒

5

-

n  指令响应时间

毫秒

10

系统对上级调度指令的分配所需时间

n  调节时间

<1s

指令的后期执行速度取决于光伏电站通讯响应时间

n  调节周期

<3s

两次命令间延时时间可调,最小为3s

测量及计算精度

n  电压测量精度

0.2s

当输入电压模拟量的值在20%120%额定值时

n  电流测量精度

0.2s

当输入电流模拟量的值在20%120%额定值时

n  无功功率准确度

0.5

当电压、电流的夹角在0+60°及0-30°范围内变化时

n  功率因数准确度

---

0.002

对信号源的要求

n  波形

-

正弦波

总畸变率要小于5%

n  频率

Hz

50

偏差为10%

其它参数

n  通讯协议

-

MODBUS/IEC104

1)8个以太网口

2)4RS485接口

n  整系统功率损耗

W

< 100

n  CT原边功耗

VA

< 0.4

n  PT输入阻抗

Ω

>500k

n  安全性能

符合标准GB14598.27-2008

n  电磁兼容性

符合标准IEC61000-4

n  电气绝缘性能

符合标准IEC60255-5

n  断电保护

具有电压监测或统计功能的控制器具有断电保护,断电后统计数据保持时间不小于72h

安装参数

尺寸(高//深)

Mm

2260×800×600

-

防护等级

-

IP32

-户内安装

开门方式

单开门,门轴在右侧(面对柜正面为准)

柜体进线

-

底部进线

-


4.  硬件设备清单

序号

功能模块

说明

1

核心服务器

HPH-3200

运行优化控制系统

2

监控服务器

HPH-3100

提供远程监控站人机界面(HMI

3

工业交换机

优化系统内部各服务器间的数据通讯

4

并网监测模块

HPH-500

监测点电压、电流检测及变送远传

5

专用通信管理模块

HP-300

逆变器数据采集及优化控制

6

屏柜

就地机柜及其配套的端子、配电、配线、压板等















4.1核心服务器HPH-3200

•    通过中国电科院EMC电力4级认证,符合IEC-61850-3标准

•    板载Intel Apollo Lake / Bay Trail嵌入式处理器

•    最大支持到8GB DDR3L,VGA显示接口

•    板载6×GbE,10/100Mbps Base_T RJ-45接口,可扩展至12

•    可扩展8RS-232/485隔离串口

•    支持 WindowsLinux操作系统

•    低功耗,无风扇设计


4.2并网测控装置HPH-500

•    高精度、高速同步采样技术

•    多处理器并行计算技术

•    高可靠网络通讯技术

•    嵌入式实时操作系统

5.  软件模块

序号

基础模块

序号

功能模块 (可选)

1

核心算法模型模块

1

逆变器接口控制模块

2

实时控制监测系统

2

一次调频功能模块

3

远程优化控制

3

单体无功补偿功能模块

4

就地自动优化控制

4

自动SVC/SVG补偿控制模块

5

SCADA接口控制模块

5

并网点电压控制模块

6

进程看护模块

6

并网点无功功率控制模块

7

系统告警管理模块

7

并网点功率因数控制模块

8

故障告警管理模块

8

SVC接口控制模块

9

信息发布接口(OPC

9

SVG接口控制模块

10

远程集中式运行管理

10

风机接口控制模块

6.  指标对比

一次调频参数指标对比

序号

指标名称

产品指标

电网要求(指标要求)

1

响应滞后时间

1s

2s

2

响应时间

3s

5s

3

调节时间

5s

15s

4

调频控制偏差

1%

1%

5

频率精度

0.003Hz

0.003Hz

6

频率采样周期

0.1s

0.1s

7

控制周期

0.2s

1s


   本调频调压控制系统技术源于战略合作方北京鸿普惠信息技术有限公司2015年至今研发的新能源快速频率响应控制系统(HPH-7000),经过多年测试,取得国家专利3项,计算机软件著作权6项,于2018年9月取得中国电力科学研究院的检测报告,可为用户新能源电站提供快速、可靠、准确的调频控制响应系统,实现新能源场站一次调频功能。

   2019年3月30日,快速频率响应控制系统已通过权威测试机构测试,完成入网试验。


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