新能源電場全景監控技術應用及現狀
寧夏嘉澤新能源股份有限公司 李輝
作者簡介
李輝，1990 年 3 月，寧夏嘉澤新能源股份有限公司生產運維部副主任，主要研究電力系統分析、繼電保護及自動化相關工作。
【摘 要】為提升新能源場站的感知、控制水平，進一步保障電網安全穩定運行控制要求，特提出新能源場站全景監控建設，此篇文章對全景監控技術應用及現狀進行了闡述。
【關鍵詞】新能源 全景監控 技術路線
一、背景
2018年我國發電結構進一步優化，全國發電裝機容量達19億千瓦，同比增長6.5%，非化石能源裝機容量為7.7億千瓦，占總裝機容量的 40.8%，并網風電增長12.4%，讓人欣喜的是，清潔能源消納形勢持續向好。2018年，全國風電利用率達92.8%，隨著新能源裝機占比越來越大，對新能源管控難度越來越大，尤其針對西北區域電網構架來說，新能源已成為西北第二大電源類型，并且裝機容量持續增加，由于新能源與常規電源的管控手段存在差異，對新能源狀態感知手段不足，控制手段少且粗放，在新能源占比持續增加的情況下，難以適應電網的安全穩定運行控制要求。需要采取新能源全景監控手段，提升新能源場站的感知、控制水平。
二、總體功能
新能源全景監控主要通過對新能源事故前、事故中、事故后的全過程狀態感知，實現新能源故障過程實時跟蹤、新能源精益控制、可控資源池監視、多頻振蕩監測四大功能，其中新能源故障過程實時跟蹤和新能源精益控制屬于新能源緊急控制功能;可控資源池監視和多頻振蕩監測屬于新能源事故過程實時跟蹤及事故后分析評價功能。
三、總體技術路線
新能源全景監控的總體思路是通過新增新能源數據采集終端、新增或改造穩控裝置、新增采集終端集中管控系統等手段，利用新能源場站現有通信網絡，通過2M通道與上級穩控裝置通信實現新能源緊急控制功能;利用調度數據網與調度端可控資源池在線監視及預警系統通信實現可控資源池監視、多頻振蕩監視等實時分析評價功能[1]。
四、新能源全景監控四大功能
1、新能源故障過程實時跟蹤
新能源故障過程實時跟蹤主要是指對新能源在故障過程中功率損失量的實時跟蹤。系統保護的主要功能之一是應對新能源功率損失量的頻率緊急控制，而新能源故障過程實時跟蹤是采取頻率緊急控制的基本前提。
實現新能源故障過程實時跟蹤的總體技術思路是新能源場站穩控裝置接收數據終端上送的新能源機組信息并精確統計電網事故過程中新能源機組脫網功率，將新能源故障過程中的脫網功率損失量上送上級穩控裝置用于頻率緊急控制。
穩控裝置以交直流故障作為頻率緊急控制的啟動條件，協控總站以新能源功率損失量和系統低頻作為判據，采取多直流緊急回降控制措施，有效阻斷新能源機組脫網引起的頻率連鎖反應。
2、新能源精益控制
系統保護的新能源精益控制主要包括新能源機組分層分區和公平切機、防止過電壓切機、精細化切機和光伏電站功率快速調節控制四個方面。
(1)分層分區和公平切機
將需切機量在協控子站間根據新能源機組出力大小，按比例分配切機量，由其在區內新能源場站分配執行。
(2)防止過電壓切機
在大量切機導致線路輕載過電壓時，立即解列新能源場站的出線。在協控子站側需具備切除新能源進線的能力，在協控執行站側需具備切除新能源出線的能力。
(3)精細化切機
新能源場站穩控裝置接收切容量命令后，根據精益切機原則，發出切機指令。執行精細化切機時，切機原則如下：新能源場站在接到切機總量指令時，在解決暫穩問題時優先切無功出力小的新能源機組，在解決頻率問題時優先切無功出力大的新能源機組降低過電壓影響。
優先主動切除新能源機組本體，避免直接切線路或新能源場站饋線導致的孤島問題、機端過電壓問題以及由此引發的器件損壞問題。
(4)光伏電站功率快速調節控制
新能源場站穩控裝置接收容量控制命令后，發出功率快速調節指令，光伏逆變器進行功率的快速調節。
3、可控資源池監視
新能源全景監控實現可控資源的實時展示和事故追憶功能。利用已有的調度數據網資源，通過調度端和新能源場站端裝置軟件升級，將新能源場站裝置接入調度數據網，將可控資源池監視所需信息上送調度端的可控資源池在線監視及預警系統。
(1)實時展示功能
新能源場站穩控裝置將正常運行情況下新能源場站的電壓、頻率、有功、無功等實時上送調度端;實時上送場站內運行、低穿、高穿、脫網狀態的新能源機組的數量，用于調度端可控資源的可視化、標簽化展示。
(2)事故追憶功能
新能源場站穩控裝置、數據采集終端具有連續錄波功能，可以連續記錄新能源機組的運行狀況，響應調度端錄波召喚命令上送錄波文件，在交直流嚴重故障情況下可用于事故追憶分析。具體實施時，新能源場站端需結合調度端可控資源池在線監視及預警系統進行相應的軟件改造，配合實現可控資源池監視功能。
4、多頻振蕩監控
(1)新能源多頻振蕩監測
技術思路是：通過新增的新能源機組數據采集終端及采集終端集中管控系統與調度端系統保護可控資源池在線監視及預警系統配合實現新能源多頻振蕩監測。 新能源數據采集終端對新能源機組電壓電流信號進行高頻采樣，在原始信號中提取出次/超同步分量并實時上送采集終端集中管控系統;采集終端形成連續錄波文件能夠響應錄波召喚命令。 采集終端集中管控系統進行多頻振蕩分析、預警，并將多頻振蕩分析結論上送調度端進行匯總分析。
(2)新能源多頻振蕩防控
結合系統保護可控資源池在線監視及預警系統建設，建設全網新能源多頻振蕩分層治理結構。
當多頻振蕩發生時，①在匯集線路及關鍵節點可以使用穩控裝置解列聯絡線，切斷振蕩傳播路徑。②在饋線端，可使用穩控裝置切除饋線，實現饋線與電網的隔離。單個風機檢測到振蕩發生時依靠集中管控系統完成單體切除。
五、現階段情況
為了西北網推進此項工作，寧夏某風電場積極配合建立試點場站，歷時5個多月完成試點場站建設，某風電場共計100余臺機組，每一臺機組安裝一個采集終端，利用現有風機環網將數據傳輸至風電場風機中央交換機，風電場內增加安穩裝置一套，負責從機組中央交換機采集機組數據。
圖1 全景監控構架圖
采集終端功能
采集終端是整個全景監控系統的數據來源，也是保證全景監控系統正常運行的基礎。因此，采集終端的功能實現和現場安裝十分重要。
(1)采集風力發電機組的電壓信號和電流信號，可采集的電壓信號范圍為0～1000V，可采集額定值為1A或5A的電流信號。
(2)使用采集到的電壓和電流信息實時計算諧波、正序分量、負序分量、零序分量、有功、無功等電氣參數。同時，為了滿足全景監控系統的功能需要，采集裝置將具備次同步振蕩分量分析功能。
(3)實時監測風電機組的運行狀態，如并網狀態、脫網狀態、低穿狀態和高穿狀態等。
(4)采集終端具備連續錄波能力，能將電壓信號和電流信號的采樣數據進行錄波，方便系統調閱。
(5)采集裝置具備實時通信功能，能夠實現與集中管控系統和穩控系統的實時通信。
(6)采集裝置具備接收和處理穩控裝置下發的控制命令功能，完成全景監控系統的精確切機任務。
新增安穩裝置功能
(1)改造功能
可切容量精細化上送：目前穩控裝置將風電場可切總量上送至上級變電站穩控裝置，改造后增加上送饋線可切容量。
(2)新增功能
�、傩履茉垂收线^程實時跟蹤功能，穩控裝置直接與風機數據采集終端進行通信，接收風機數據采集終端上送的機組信息(有功、無功、并網、脫網、低穿等信息)，根據電網故障信號統計故障過程中新能源脫網功率損失量，并上送至上級穩控裝置。
�、诜乐惯^電壓切機功能，在大量切機導致線路輕載過電壓時，立即解列新能源出線。
�、劬毣袡C控制功能，穩控裝置接收切容量命令后，可以根據精益切機原則，直接向采集終 端發送切除風機指令。
�、苎b置監測及新能源可控資源池監視功能，穩控裝置接入調度數據網，配合調度端可控資源池監視系統，實現可控資源池及裝置信息的監測。
六、結束語
通過試點場站的建設，提升新能源場站的感知、控制水平，進一步驗證新能源場站全景監控建設的可行性，為下一步大范圍推廣新能源場站全景監控建設奠定基礎。
參考文獻
[1] 王青波《新能源全景監控實施方案》
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