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新能源电场全景监控技术应用及现状

  发表时间:2020年11月18日  点击数:24 次

  新能源电场全景监控技术应用及现状

  宁夏嘉泽新能源股份有限公司 李辉

  作者简介

  李辉,1990 年 3 月,宁夏嘉泽新能源股份有限公司生产运维部副主任,主要研究电力系统分析、继电保护及自动化相关工作。

  【摘 要】为提升新能源场站的感知、控制水平,进一步保障电网安全稳定运行控制要求,特提出新能源场站全景监控建设,此篇文章对全景监控技术应用及现状进行了阐述。

  【关键词】新能源 全景监控 技术路线

  一、背景

  2018年我国发电结构进一步优化,全国发电装机容量达19亿千瓦,同比增长6.5%,非化石能源装机容量为7.7亿千瓦,占总装机容量的 40.8%,并网风电增长12.4%,让人欣喜的是,清洁能源消纳形势持续向好。2018年,全国风电利用率达92.8%,随着新能源装机占比越来越大,对新能源管控难度越来越大,尤其针对西北区域电网构架来说,新能源已成为西北第二大电源类型,并且装机容量持续增加,由于新能源与常规电源的管控手段存在差异,对新能源状态感知手段不足,控制手段少且粗放,在新能源占比持续增加的情况下,难以适应电网的安全稳定运行控制要求。需要采取新能源全景监控手段,提升新能源场站的感知、控制水平。

  二、总体功能

  新能源全景监控主要通过对新能源事故前、事故中、事故后的全过程状态感知,实现新能源故障过程实时跟踪、新能源精益控制、可控资源池监视、多频振荡监测四大功能,其中新能源故障过程实时跟踪和新能源精益控制属于新能源紧急控制功能;可控资源池监视和多频振荡监测属于新能源事故过程实时跟踪及事故后分析评价功能。

  三、总体技术路线

  新能源全景监控的总体思路是通过新增新能源数据采集终端、新增或改造稳控装置、新增采集终端集中管控系统等手段,利用新能源场站现有通信网络,通过2M通道与上级稳控装置通信实现新能源紧急控制功能;利用调度数据网与调度端可控资源池在线监视及预警系统通信实现可控资源池监视、多频振荡监视等实时分析评价功能[1]。

  四、新能源全景监控四大功能

  1、新能源故障过程实时跟踪

  新能源故障过程实时跟踪主要是指对新能源在故障过程中功率损失量的实时跟踪。系统保护的主要功能之一是应对新能源功率损失量的频率紧急控制,而新能源故障过程实时跟踪是采取频率紧急控制的基本前提。

  实现新能源故障过程实时跟踪的总体技术思路是新能源场站稳控装置接收数据终端上送的新能源机组信息并精确统计电网事故过程中新能源机组脱网功率,将新能源故障过程中的脱网功率损失量上送上级稳控装置用于频率紧急控制。

  稳控装置以交直流故障作为频率紧急控制的启动条件,协控总站以新能源功率损失量和系统低频作为判据,采取多直流紧急回降控制措施,有效阻断新能源机组脱网引起的频率连锁反应。

  2、新能源精益控制

  系统保护的新能源精益控制主要包括新能源机组分层分区和公平切机、防止过电压切机、精细化切机和光伏电站功率快速调节控制四个方面。

  (1)分层分区和公平切机

  将需切机量在协控子站间根据新能源机组出力大小,按比例分配切机量,由其在区内新能源场站分配执行。

  (2)防止过电压切机

  在大量切机导致线路轻载过电压时,立即解列新能源场站的出线。在协控子站侧需具备切除新能源进线的能力,在协控执行站侧需具备切除新能源出线的能力。

  (3)精细化切机

  新能源场站稳控装置接收切容量命令后,根据精益切机原则,发出切机指令。执行精细化切机时,切机原则如下:新能源场站在接到切机总量指令时,在解决暂稳问题时优先切无功出力小的新能源机组,在解决频率问题时优先切无功出力大的新能源机组降低过电压影响。

  优先主动切除新能源机组本体,避免直接切线路或新能源场站馈线导致的孤岛问题、机端过电压问题以及由此引发的器件损坏问题。

  (4)光伏电站功率快速调节控制

  新能源场站稳控装置接收容量控制命令后,发出功率快速调节指令,光伏逆变器进行功率的快速调节。

  3、可控资源池监视

  新能源全景监控实现可控资源的实时展示和事故追忆功能。利用已有的调度数据网资源,通过调度端和新能源场站端装置软件升级,将新能源场站装置接入调度数据网,将可控资源池监视所需信息上送调度端的可控资源池在线监视及预警系统。

  (1)实时展示功能

  新能源场站稳控装置将正常运行情况下新能源场站的电压、频率、有功、无功等实时上送调度端;实时上送场站内运行、低穿、高穿、脱网状态的新能源机组的数量,用于调度端可控资源的可视化、标签化展示。

  (2)事故追忆功能

  新能源场站稳控装置、数据采集终端具有连续录波功能,可以连续记录新能源机组的运行状况,响应调度端录波召唤命令上送录波文件,在交直流严重故障情况下可用于事故追忆分析。具体实施时,新能源场站端需结合调度端可控资源池在线监视及预警系统进行相应的软件改造,配合实现可控资源池监视功能。

  4、多频振荡监控

  (1)新能源多频振荡监测

  技术思路是:通过新增的新能源机组数据采集终端及采集终端集中管控系统与调度端系统保护可控资源池在线监视及预警系统配合实现新能源多频振荡监测。 新能源数据采集终端对新能源机组电压电流信号进行高频采样,在原始信号中提取出次/超同步分量并实时上送采集终端集中管控系统;采集终端形成连续录波文件能够响应录波召唤命令。 采集终端集中管控系统进行多频振荡分析、预警,并将多频振荡分析结论上送调度端进行汇总分析。

  (2)新能源多频振荡防控

  结合系统保护可控资源池在线监视及预警系统建设,建设全网新能源多频振荡分层治理结构。

  当多频振荡发生时,①在汇集线路及关键节点可以使用稳控装置解列联络线,切断振荡传播路径。②在馈线端,可使用稳控装置切除馈线,实现馈线与电网的隔离。单个风机检测到振荡发生时依靠集中管控系统完成单体切除。

  五、现阶段情况

  为了西北网推进此项工作,宁夏某风电场积极配合建立试点场站,历时5个多月完成试点场站建设,某风电场共计100余台机组,每一台机组安装一个采集终端,利用现有风机环网将数据传输至风电场风机中央交换机,风电场内增加安稳装置一套,负责从机组中央交换机采集机组数据。

图1 全景监控构架图

  采集终端功能

  采集终端是整个全景监控系统的数据来源,也是保证全景监控系统正常运行的基础。因此,采集终端的功能实现和现场安装十分重要。

  (1)采集风力发电机组的电压信号和电流信号,可采集的电压信号范围为0~1000V,可采集额定值为1A或5A的电流信号。

  (2)使用采集到的电压和电流信息实时计算谐波、正序分量、负序分量、零序分量、有功、无功等电气参数。同时,为了满足全景监控系统的功能需要,采集装置将具备次同步振荡分量分析功能。

  (3)实时监测风电机组的运行状态,如并网状态、脱网状态、低穿状态和高穿状态等。

  (4)采集终端具备连续录波能力,能将电压信号和电流信号的采样数据进行录波,方便系统调阅。

  (5)采集装置具备实时通信功能,能够实现与集中管控系统和稳控系统的实时通信。

  (6)采集装置具备接收和处理稳控装置下发的控制命令功能,完成全景监控系统的精确切机任务。

  新增安稳装置功能

  (1)改造功能

  可切容量精细化上送:目前稳控装置将风电场可切总量上送至上级变电站稳控装置,改造后增加上送馈线可切容量。

  (2)新增功能

  ①新能源故障过程实时跟踪功能,稳控装置直接与风机数据采集终端进行通信,接收风机数据采集终端上送的机组信息(有功、无功、并网、脱网、低穿等信息),根据电网故障信号统计故障过程中新能源脱网功率损失量,并上送至上级稳控装置。

  ②防止过电压切机功能,在大量切机导致线路轻载过电压时,立即解列新能源出线。

  ③精细化切机控制功能,稳控装置接收切容量命令后,可以根据精益切机原则,直接向采集终 端发送切除风机指令。

  ④装置监测及新能源可控资源池监视功能,稳控装置接入调度数据网,配合调度端可控资源池监视系统,实现可控资源池及装置信息的监测。

  六、结束语

  通过试点场站的建设,提升新能源场站的感知、控制水平,进一步验证新能源场站全景监控建设的可行性,为下一步大范围推广新能源场站全景监控建设奠定基础。

  参考文献

  [1] 王青波《新能源全景监控实施方案》

上一条: 有关变电站电容器保护的部分阐述
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