基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统。适用于海上风电技术领域。


背景技术：

2.近年来我国海上风电产业发展呈现加速趋势，海上风电竞价上网时代即将来临。海上风电施工成本和设备投资高昂，通过对海上风电场关键设备进行系统性降本对于提高风电投资效益非常重要。另一方面，由于海上风电出力的间歇性与波动性特点，在负荷低谷和风机高出力时段，对于实施精准切除风机策略，以保证电网定量调峰能力，从而提升电网对海上风电消纳能力的需求也十分迫切。为达成上述目标，提高二次设备的智能化水平、提高装置的可靠性和稳定性、合理精简二次设备的配置是目前海上风电二次技术的发展方向。
3.为了保证电网的负荷安全稳定运行，在海上风电接入电网的系统站侧通常安装有负荷控制主机。当主机检测到系统线路潮流超过正常载流能力限额，但不超过线路事故后载流能力限额时，向风电场升压站的负荷控制从机发送减出力告警信号；当检测到系统线路潮流超过事故后载流能力限额时，向海上风电场升压站的负荷控制从机发送切机信号。
4.通常来讲，海上风电升压站的风力发电负荷控制需要通过增加单独的控制设备来实现，且控制策略仅局限于提供切除海上升压变压器的控制方式，不能精确地做到对多个风机进线的控制，控制策略不够灵活，不利于提高海上风电的负荷控制性能，不能有效减少风电场电量损失，风电场的发电效益得不到保障。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统。
6.本实用新型所采用的技术方案是：一种基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统，其特征在于：该系统的空间配置为就地层、站域层和广域层，其中就地层与站域层之间通信连接，站域层和广域层之间通信连接；
7.所述就地层具有智能就地保护测控装置，站域层具有站域保护及负荷控制装置，广域层具有线路负荷过载监测装置，其中：
8.所述线路负荷过载监测装置，用于监测线路过负荷状态，当检测出负荷过载或故障时，向所述站域保护及负荷控制装置发送减出力或切机信号；
9.所述智能就地保护测控装置，用于实时获取各风机集电线路实时功率，并上传至所述站域保护及负荷控制装置；
10.所述站域保护及负荷控制装置，用于根据减出力信号、各风机集电线路实时功率结合控制策略表选择减出力的风机集电线路单元，并向相应的智能就地保护测控装置发送切机信号；
11.所述站域保护及负荷控制装置，还用于根据第一轮切机信号向出力较大的升压变压器对应的智能就地保护测控装置发送切机信号，根据第二轮切机信号向剩余升压变压器对应的智能就地保护测控装置发送切机信号。
12.所述线路负荷过载监测装置的线路负荷过载判断方法，包括：
13.当电流或功率满足i≥i
qd
或p≥p
qd
后，时间满足t≥t
qd
时，发出过载启动信号；
14.在过载启动信号发出后，当电流或功率满足i≥i
qj1
或p≥p
qj1
，时间满足t≥t
qj1
时，发出第一轮过载切机命令；
15.在过载启动信号发出后，当电流或功率满足i≥i
qj2
或p≥p
qj2
，时间满足t≥t
qj2
时，发出第二轮过载切机命令；
16.其中，i为线路负荷过载监测装置采集的线路电流，p为线路负荷过载监测装置计算的线路功率，i
qd
为过载启动电流定值，p
qd
为过载启动功率定值，tqd为过载启动时间定值，i
qj1
为第一轮切机电流定值，p
qj1
为第一轮切机功率定值，t
qj1
为第一轮切机时间定值，i
qj2
为第二轮切机电流定值，p
qj2
为第二轮切机功率定值，t
qj2
为第二轮切机时间定值。
17.所述根据减出力信号、各风机集电线路实时功率结合控制策略表选择减出力的风机集电线路单元，包括：
18.根据所有风机实时功率pi、切除负荷总量pq，结合控制策略表内切负荷敏感度排序，确定需要切除的风机进线单元及切除顺序。
19.一种基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
20.站域保护及负荷控制装置生成控制策略表，通过在线分析计算，根据智能升压站的风机出力和切机容量，得出不同运行方式下，故障类型、断面功率对应的切机队列和切机对象；
21.智能就地保护测控装置实时获取风机进线间隔单元的采样值和信号量数据，并上传至站域保护及负荷控制装置；
22.陆上系统站的线路负荷过载监测装置判断线路负荷过载状态和线路故障状态，根据线路异常判据，检测出线路发生负荷过载或故障，向海上升压站的站域保护及负荷控制装置发送减出力或切机信号；
23.站域保护及负荷控制装置对线路负荷过载监测装置发出的减出力告警信号进行检测，确定收到减出力告警信号后，获取各风机集电线路的实时功率，启动故障判断并识别方式，计算减出力功率，查询控制策略表，选择减出力的风机集电线路单元，向对应的智能就地保护测控装置发送切机信号；
24.站域保护及负荷控制装置对线路负荷过载监测装置发出的切机信号进行检测，确定收到第一轮切机信号后，向出力较大的一台升压变压器的智能就地保护测控装置发送切机信号；若后续收到第二轮切机信号，向剩余的所有升压变压器的智能就地保护测控装置发送切机信号。
25.本实用新型的有益效果是：本实用新型采用智能终端、合并单元和保护测控功能三合一的智能就地保护测控装置，并将冗余后备保护与负荷控制功能集成在站域保护及负荷控制装置中，相比一般智能变电站大大减少了智能终端、合并单元、后备保护装置的数量，同时电缆数量大大减少，施工难度降低，从而减少了海上升压平台的体积，节约了海上
风电升压站的投资。
26.本实用新型结合海上风电特点，采用载流能力超限减出力控制、事故后多轮切机控制等负荷控制方式，可精准控制到每一组风机集电线路，在消除过载的同时保证过切集电线路不超过一回，从而最大限度地避免了风机的过度切除，提高了海上风电负荷控制的精度，减少了风电场电量损失，更好地保障了风电场的发电效益。
附图说明
27.图1为实施例的结构示意图。
28.图2为实施例中的负荷控制流程图。
具体实施方式
29.本实施例为一种基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统，该系统基于层次化保护控制系统实现，采用层次化的自动控制配置技术，其是从功能配置和空间配置方面实现的一种控制系统。
30.本实施例的空间配置分为就地层、站域层和广域层，其中就地层包括海上升压站的智能就地保护测控装置、智能终端、合并单元等就地设备；站域层包括站域保护及负荷控制装置、监控后台、通信管理机、站域层交换机等；广域层包括陆上系统站的线路负荷过载监测装置、监控后台、调度工作站等。就地层设备以各间隔为单元进行配置，可以实现间隔内一次设备的保护、测量和控制功能，并完成间隔内的开关逻辑闭锁。
31.本例中就地层和站域层设备之间通过站域层网络交换数字化的采样、开关量等iec61850通信数据，实现站域范围内的数据和信息的交换和共享；站域层和广域层设备之间通过广域通信网络交换负荷控制信号，实现陆上系统站与海上升压站之间的负荷控制命令的传送。
32.本实施例中功能配置包括负荷数据采集、负荷控制策略决策、负荷控制策略执行，其中负荷数据采集功能和负荷策略执行功能由控制系统的智能就地保护测控装置实现，取代常规的安全稳定控制从机；负荷控制策略决策功能由控制系统的站域保护及负荷控制装置实现，取代常规的安全稳定控制主机。
33.本例中智能就地保护测控装置包括多个风机进线保护测控装置，用于实现负荷策略执行功能，该类型装置就地安装于35kv开关柜中，采样值(sv)和信号量(goose)信息由35kv各间隔智能就地化保护测控装置发至站域层相应的sv网络和goose网络。
34.本实施例中站域保护及负荷控制装置集成了原有智能站的站域保护功能和负荷控制功能，在不借助于外部输入接点情况下利用本装置采集的采样值(sv)和信号量(goose)数据进行站内故障和状态判别，结合陆上系统变电站线路负荷过载监测装置的控制信号和本机故障判别后的控制策略，在限定时间内实现载流能力超限减出力控制、事故后多轮切机控制等自动控制功能，从而达到提高电力系统负荷安全稳定性。高集成度的站域保护及负荷控制装置可采用双机冗余配置增加可靠性。
35.本实施例中站域保护及负荷控制装置的负荷控制功能由负荷控制模块来实现。负荷控制模块由检测单元、判断单元、决策单元和执行单元等四个单元组成；检测单元用于测量和存储电气量和开关量，并判断电气量和开关量的变化量；判断单元用于启动故障判别，
进行故障判断和运行方式识别；决策单元用于选择控制策略并确定控制量。执行单元则用于发送控制对象信号。
36.本例中陆上系统站的线路负荷过载监测装置，用于监测线路过负荷状态。当检测出负荷过载时，该装置向海上升压站的站域保护及负荷控制装置发送多轮负荷控制命令。
37.本实施例中基于层次化保护的海上风电升压站负荷控制系统的控制方法，具体包括：
38.(1)站域保护及负荷控制装置生成控制策略表，通过在线分析计算，根据智能升压站的风机出力和切机容量，得出不同运行方式下，故障类型、断面功率对应的切机队列和切机对象；
39.(2)智能就地保护测控装置实时获取风机进线间隔单元的采样值(sv)和信号量(goose)数据，并通过站控层网络上传至站域保护及负荷控制装置；
40.(3)陆上系统站的线路负荷过载监测装置，判断线路负荷过载状态和线路故障状态，装置根据线路异常判据，检测出线路发生负荷过载或故障，该装置通过广域通信网络向海上升压站的站域保护及负荷控制装置发送减出力或切机信号。
41.(4)站域保护及负荷控制装置的检测单元对陆上系统变电站发出的减出力告警信号进行检测，确定收到减出力告警信号后，检测单元获取各风机集电线路的实时功率；判断单元启动故障判断并识别方式，计算减出力功率；决策单元确定控制量，查询控制策略表，选择减出力的风机集电线路单元；执行单元向对应的35kv风机进线柜就地智能保护测控装置发送切机信号。
42.(5)站域保护及负荷控制装置的检测单元对陆上系统变电站发出的切机信号进行检测，确定收到第一轮切机信号后，执行单元向出力较大的一台升压变压器的智能终端发送切机信号；若后续收到第二轮切机信号，执行单元向剩余的所有升压变压器的智能终端发送切机信号。
43.本实施例中陆上系统站的线路负荷过载判据如下：
44.当电流或功率满足i≥i
qd
或p≥p
qd
后，时间满足t≥t
qd
时，发出过载启动信号；在过载启动信号发出后，当电流或功率满足i≥i
qj1
或p≥p
qj1
，时间满足t≥t
qj1
时，发出第一轮过载切机命令；在过载启动信号发出后，当电流或功率满足i≥i
qj2
或p≥p
qj2
，时间满足t≥t
qj2
时，发出第二轮过载切机命令。
45.上述判据中，i为线路负荷过载监测装置采集的线路电流，p为线路负荷过载监测装置计算的线路功率，i
qd
为过载启动电流定值，p
qd
为过载启动功率定值，t
qd
为过载启动时间定值，i
qj1
为第一轮切机电流定值，p
qj1
为第一轮切机功率定值，t
qj1
为第一轮切机时间定值，i
qj2
为第二轮切机电流定值，p
qj2
为第二轮切机功率定值，t
qj2
为第二轮切机时间定值。
46.本实施例中确定减出力功率控制量的实现方法如下：
47.站域保护及负荷控制装置的检测单元获取陆上系统变电站的减出力告警信号和需要切除负荷总量pq，计算所有35kv风机进线单元的实时功率pi，决策单元根据所有风机实时功率，对比切除负荷总量pq结合控制策略表进行切负荷敏感度排序，形成实时功率与风机敏感度关联列表，各风机进线单元标记为p
ij
，j为各风机进线单元的切机顺序号，满足σp＝p1 p2
…
pn计划切机总负荷与实际需要切除的负荷总量pq相当，并保证过切集电线路不超过1回，决策单元输出1
…
n的切机序号。
48.本实施例负荷控制系统基于层次化的结构，能够实现海上升压站数据信息的综合应用，可通过功能和空间的协调配合更好保障智能海上升压站的负荷运行。该负荷控制系统方案在智能站的站域层和就地层基础上实施，在就地层层面，利用集智能终端、合并单元和保护测控功能为一体的三合一智能保护控制装置，实现负荷控制功能所需的各间隔单元采样值和信号量的数字化；站域层则配置了具有快速后备保护、冗余后备保护和负荷控制功能的站域保护控制装置，极大减少了站内智能二次设备的数量，从而达到了降低二次设备投资的目的；站域保护及负荷控制装置中的负荷控制模块，能够在不借助于外部输入接点情况下利用本装置采集的采样值(sv)和信号量(goose)数据进行站内故障和状态判别，结合陆上系统变电站线路负荷过载监测装置的控制信号和本机故障判别后的控制策略，在限定时间内实现载流能力超限减出力控制、事故后多轮切机控制等自动控制功能，从而达到提高电力系统稳定性的目的。