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隨著越來越多的新能源廠站(風(fēng)電場、光伏電站)投產(chǎn)并網(wǎng),由于風(fēng)、光資源的間歇性,越來越多的新能源廠站給電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)帶來了巨大的調(diào)峰壓力,增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素。因此,有必要對新能源廠站安裝一次調(diào)頻裝置。
ST-730一次調(diào)頻控制裝置正是在此背景下開發(fā)的,是為實現(xiàn)風(fēng)電場或光伏電站一次調(diào)頻響應(yīng)控制而研制的專用系統(tǒng)和設(shè)備,能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)系統(tǒng)頻率,電網(wǎng)頻率越時限,ST-730裝置啟動頻率響應(yīng)模式,迅速協(xié)調(diào)新能源場站有功輸出,快速實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率的有效控制。
實機圖:
結(jié)構(gòu)尺寸:
ST-730采用800*600*2200標(biāo)準(zhǔn)控制柜方式安裝,電源支持AC/DC 220V/110V 50~60Hz單電源/冗余電源可選(失電告警);內(nèi)置一臺QTouch-3200一次調(diào)頻核心服務(wù),操作系統(tǒng)采用實時Linux系統(tǒng),搭載最新的QTouch自主可控跨平臺組態(tài)軟件V3.0版本,具備IEC60870、IEC61850、Modbus、OPC等眾多通訊接口,具有強大的邏輯編程能力,可以自定義控制策略和自動控制方式。
系統(tǒng)內(nèi)置一臺高精度電網(wǎng)頻率采集裝置,具有分辨率為0.001Hz的頻率采集性能,并有長達(dá)2000個周期數(shù)據(jù)錄波功能,具有電能量統(tǒng)計、諧波采集、快速電壓波動、電壓暫變、動態(tài)捕捉等強大的電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析能力;具有SOE記錄、故障錄波、穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)/瞬態(tài)電能質(zhì)量、多路DO輸出等特色功能,功能強大。
系統(tǒng)內(nèi)置一臺17寸的可觸摸顯示器,以及一臺工業(yè)級數(shù)據(jù)交換機,顯示器通過QTouch圖形界面顯示系統(tǒng)一次接線圖及系統(tǒng)參數(shù)信息,便于用戶實時查看監(jiān)控系統(tǒng),工業(yè)交換機用于對接調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和廠站數(shù)據(jù)網(wǎng)。
主要功能
仿照常規(guī)電源機組一次調(diào)頻功能,在新能源場站有功控制系統(tǒng)中實現(xiàn)有功-頻率下垂特性控制,實現(xiàn)新能源參與電網(wǎng)快速頻率響應(yīng)功能。具體功能如下:
(1) 當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時,新能源電站能進(jìn)行一次調(diào)頻響應(yīng)。
(2) 具備動作錄波功能,最大可以支持2000個周期的波形,支持長期數(shù)據(jù)存儲,具有COMMTRADE波形顯示分析,并通過IEC61850或文件ftp等方式傳輸。
(3) 可根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)行本地及遠(yuǎn)方的定值修改。
(4) 設(shè)備具備B碼對時,也可通過規(guī)約進(jìn)行時鐘同步。
(5) 具備MODBUS、IEC60870、IEC61850等電力規(guī)約,可與AGC系統(tǒng)、EMS及逆變器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
(6) 可與遠(yuǎn)動系統(tǒng)通訊上傳數(shù)據(jù)至調(diào)度主站,進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
(7) 可與AGC控制相協(xié)調(diào),有功功率的控制目標(biāo)應(yīng)為AGC指令值與一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量代數(shù)和。
(8) 具備一次調(diào)頻在線主動功能。能夠接受省調(diào)主站一次調(diào)頻在線主動信號,實時向主站反饋場站一次調(diào)頻信號等功能。
(9) 具有日志記錄,統(tǒng)計功能,可以查詢一次調(diào)頻動作次數(shù),響應(yīng)出力等信息。
快速調(diào)頻響應(yīng)功能
新能源(風(fēng)電場、光伏發(fā)電站)場站通過保留有功備用或配置儲能設(shè)備,并利用相應(yīng)的有功控制系統(tǒng)或加裝獨立控制裝置來實現(xiàn)一次調(diào)頻功能。電網(wǎng)高頻擾動情況下,一次調(diào)頻動作量達(dá)10%額定出力后可不再向下調(diào)節(jié),電網(wǎng)低頻擾動情況下,一次調(diào)頻動作量達(dá)5%額定出力后可不再向上調(diào)節(jié)(10%、5%均為推薦設(shè)定值)。一次調(diào)頻下垂特性通過設(shè)定頻率與有功功率折線函數(shù)實現(xiàn),即:
以本技術(shù)要求推薦一次調(diào)頻技術(shù)參數(shù)設(shè)定值為例,一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)定0.05Hz,調(diào)差系數(shù)設(shè)定5%,一次調(diào)頻功率上調(diào)節(jié)最大功率限幅設(shè)定為6% P N ,一次調(diào)頻功率下調(diào)節(jié)最大功率限幅設(shè)定為10% P N。新能源場站參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的下垂曲線如下圖所示:
快速頻率響應(yīng)技術(shù)指標(biāo)
響應(yīng)滯后時間thx:自頻率越過光伏電站調(diào)頻死區(qū)開始到發(fā)電出力可靠的向調(diào)頻方向開始變化所需的時間。
響應(yīng)時間t0.9:自頻率超出調(diào)頻死區(qū)開始,至有功功率調(diào)節(jié)量達(dá)到調(diào)頻目標(biāo)值與初始功率之差的90%所需時間。
調(diào)節(jié)時間ts:自頻率超出調(diào)頻死區(qū)開始,至有功功率達(dá)到穩(wěn)定(功率波動不超過額定出力±1%)的最短時間。
對于調(diào)節(jié)變化量不低于額定出力10%的頻率階躍擾動,響應(yīng)過程滿足以下要求如下圖:
新能源場站一次調(diào)頻啟動時間不大于3s;
風(fēng)電場一次調(diào)頻響應(yīng)時間不大于10s,調(diào)節(jié)時間不大于15s;
光伏電站一次調(diào)頻響應(yīng)時間不大于5s,調(diào)節(jié)時間不大于15s。
通信接口
系統(tǒng)與光伏電站/風(fēng)電場能量管理系統(tǒng)通信采用網(wǎng)絡(luò)通信接口,通信規(guī)約推薦使用IEC60870-5-104規(guī)約。
圖形監(jiān)控軟件
系統(tǒng)可通過曲線、棒圖、餅圖等顯示方式來觀察數(shù)據(jù)的變化情況,多條曲線能用不同的顏色繪制在同一窗口中,所有曲線均圖表合一,同時提供各種統(tǒng)計值的顯示(平均值、最大值及發(fā)生時間、最小值及發(fā)生時間等);
系統(tǒng)提供界面支持對系統(tǒng)參數(shù)配置的讀取、修改、更新,包括通信參數(shù)、信息點表、安全約束條件、死區(qū)范圍、超時時間等;
系統(tǒng)提供對裝置所有通信接口(串口、以太網(wǎng)口)的通信監(jiān)視功能。
控制性能指標(biāo)
一次調(diào)頻死區(qū):風(fēng)電場站一次調(diào)頻的死區(qū)宜設(shè)置為±0.03~0.06Hz, 推薦設(shè)定值為±0.05Hz;光伏場站一次調(diào)頻的死區(qū)宜設(shè)置為±0.02~0.05Hz,推薦設(shè)定值為±0.05Hz。
一次調(diào)頻調(diào)差系數(shù):新能源場站一次調(diào)頻調(diào)差系數(shù)宜設(shè)置為2%~6%,推薦設(shè)定值為5%。
一次調(diào)頻限幅:
新能源場站的有功出力大于20%Pn 時,一次調(diào)頻動作應(yīng)滿足下列要求:
a) 當(dāng)系統(tǒng)頻率低于額定頻率并越過一次調(diào)頻死區(qū)時,新能源場站應(yīng)根據(jù)一次調(diào)頻曲線增加有功功率輸出,當(dāng)有功調(diào)節(jié)量達(dá)到設(shè)定值時可不再繼續(xù)增加,一次調(diào)頻功率上調(diào)節(jié)限幅推薦設(shè)定值為6%Pn;
b) 當(dāng)系統(tǒng)頻率高于額定頻率并越過一次調(diào)頻死區(qū)時,新能源場站應(yīng)根據(jù)一次調(diào)頻曲線減少有功功率輸出,當(dāng)有功調(diào)節(jié)量達(dá)到設(shè)定值時可不再繼續(xù)減少,一次調(diào)頻功率下調(diào)節(jié)限幅推薦設(shè)定值為10%Pn。
一次調(diào)頻動態(tài)指標(biāo):
頻率階躍試驗中,一次調(diào)頻動態(tài)指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求:
a) 新能源場站一次調(diào)頻啟動時間不大于3s;
b) 風(fēng)電場一次調(diào)頻響應(yīng)時間不大于10s,調(diào)節(jié)時間不大于15s;
c) 光伏電站一次調(diào)頻響應(yīng)時間不大于5s,調(diào)節(jié)時間不大于15s。
一次調(diào)頻控制偏差:在頻率偏離死區(qū)出力穩(wěn)定后,新能源場站響應(yīng)一次調(diào)頻指令的有功出力偏差應(yīng)在額定出力的±2%以內(nèi)。
場站級調(diào)頻裝置應(yīng)選擇新能源場站并網(wǎng)點電壓為頻率測量點,且一次調(diào)頻功能滿足以下技術(shù)要求:
a)測頻精度:頻率測量分辨率不大于0.003Hz;
b)頻率采樣周期:頻率采樣周期不大于100ms;
c)一次調(diào)頻回路運算周期 :一次調(diào)頻回路程序運算周期不大于100ms。
裝置的物理及環(huán)境特性
在硬件上,QTouch-3200核心服務(wù)器裝置基于全密閉無風(fēng)扇、無硬盤嵌入式硬件平臺,運行穩(wěn)定可靠,并采用了硬件看門狗技術(shù)。
在電源方面,為了保證裝置的可靠運行,采用隔離技術(shù),使弱電系統(tǒng)和強電系統(tǒng)進(jìn)行隔離,這樣能去除大部分低頻干擾;其次,對于高頻干擾,在每一路電源中使用高性能的EMI濾波器,使干擾信號在電源入口處便被濾除,良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計大大增強了裝置的電磁兼容性能。
在軟件設(shè)計上,提供關(guān)鍵進(jìn)程的運行狀態(tài)監(jiān)視和守護(hù)功能,在進(jìn)程運行異常的情況下可以自動重啟軟件程序,保證軟件程序的連續(xù)不間斷運行。
運行可靠性
1)MTBF>45000小時;
2)使用壽命>15年。
電源
1)交流、直流電源:220V ? 20%V,50Hz;
2)電源電壓范圍在176-253V(Ui × 80% ~ Ui × 115%)范圍內(nèi)不影響數(shù)據(jù)傳輸正確性。
絕緣性能
1)絕緣電阻:
通訊端口對地絕緣電阻 ≥ 5MΩ;
電源端口對地絕緣電阻 ≥ 5MΩ。
2)絕緣強度:
通訊端口對地絕緣強度:加500V無擊穿與閃絡(luò);
電源端口對地絕緣強度:加1500V無擊穿與閃絡(luò);
電磁兼容
1)振蕩波抗擾度符合 GB/T 15153.1-1998的有關(guān)條款;
2)靜電放電抗擾度符合GB/T 15153.1-1998的有關(guān)條款;
3)電快速瞬變脈沖群抗擾度符合 GB/T 17626.4-1998的有關(guān)條款;
4)工頻磁場抗擾度符合GB/T 15153.1-1998和GB/T 17626.8-2006的有關(guān)條款。
工作環(huán)境
1)工作溫度:-5℃ ~ 65℃;
2)貯存溫度:-30℃ ~ 85℃;
3)濕度:< 90%(無凝露);
4)運輸:符合IEC60870-2-2 級別2K4。
參考標(biāo)準(zhǔn)
1)并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及實驗導(dǎo)則》GB/T 40595-2021;
2)《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》GB/T 19963-2011;
3)《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》DL/T 1870-2018。