省级调度中心风电场调度管理技术支持系统关键问题研究

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目前省级调度中心均已建设了EMS能量管理系统,用于电网的监控与调度管理,但不具备风电场监控功能,监控范围只限于风电场接入电网的升压站。因而为了在保证电网安全稳定运行前提下,尽可能提高电网接纳风电能力,省级调度中心必须具备监控和调度风电场的技术手段。本文以内蒙古电网实际工程为背景,从调度中心对风电场可观测可控制角度,论述了大规模风电场在线监视和控制的关键技术,提出了省级调度中心大规模风电场调度管理解决方案。主要研究成果和工作如下:1设计了省级调度中心风电场调度管理技术支持系统,阐述了省级调度中心风电场调度管理技术支持系统建设总体方案,提出了系统软硬件功能要求,提出了省级调度中心对风电场在线功率和电压控制功能实现框架。2通过研究风电场综合信息集成技术,提出了基于OPC技术的风电场综合信息采集方案,开发了OPC客户端程序,解决了风电场综合通信管理终端与不同风机生产厂商监控系统接口难题。风电场综合通信管理终端作为OPC客户端,风机监控系统为OPC服务器,实现了风电场本地系统实时信息的在线采集。3通过研究调度中心与风电场通信问题,提出了调度中心与风电场通信及数据交换解决方案。根据IEC 60870-5系列规约功能规范,编制了风电综合信息传输规约,满足了调度中心与风电场间进行实时数据、历史数据及文件等混合传输需要。4通过对风电功率预测方法研究,考虑风电场接入内蒙古电网方式,提出了物理模型与统计模型相结合的区域风功率预测方法,实现了大规模风电场风电功率的短期和超短期预测。该方法基于相似模型理论,使用BP人工神经网络方法,建立区域风功率预测模型。风电功率预测系统可对单个风电场、特定区域内风电场群和全网风电功率进行短期和超短期功率预测。5为了使调度中心能对风电场像常规发电厂一样进行在线调度管理,实现风电场功率与电压在线闭环控制,探讨了基于风功率预测的风电场自动发电控制AGC方案和自动电压控制AVC方案。6针对风电场监控电力二次系统网络安全性问题,根据电力系统二次安全防护相关规定,论述了风电场调度管理技术支持系统安全防护问题。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第11-16页
    1.1 引言第11页
    1.2 研究背景第11-12页
    1.3 内蒙古电网风电场运行管理情况第12-14页
        1.3.1 内蒙古电网风电运行特点第12-13页
        1.3.2 内蒙古电网调度管理面临问题第13-14页
    1.4 提高风电并网运行水平研究综述第14页
    1.5 课题研究内容和成果第14-16页
第二章 调度中心风电场调度管理技术支持系统总体设计第16-44页
    2.1 设计思路第16-17页
    2.2 系统总体功能与结构设计第17-19页
        2.2.1 系统总体结构设计第17-19页
        2.2.2 系统应用功能第19页
    2.3 主站子系统系统功能第19-32页
        2.3.1 主站风电场SCADA系统第19-27页
            2.3.1.1 数据采集与处理第19-20页
            2.3.1.2 AGC/AVC控制操作第20-22页
            2.3.1.3 报警处理第22页
            2.3.1.4 时钟同步第22-23页
            2.3.1.5 图形生成及显示第23-26页
            2.3.1.6 报表管理第26页
            2.3.1.7 数据计算和统计第26-27页
        2.3.2 数值气象预报系统第27-28页
            2.3.2.1 系统硬件平台第27-28页
            2.3.2.2 系统模式资料第28页
            2.3.2.3 MICAPS3.0 客户端程序第28页
        2.3.3 风电功率预测系统第28-32页
            2.3.3.1 系统软件架构第28-29页
            2.3.3.2 区域风电功率预测实现第29-30页
            2.3.3.3 功率预测应用软件功能第30-31页
            2.3.3.4 预测用数据来源第31-32页
    2.4 风电场控制功能实现方案设计第32-35页
        2.4.1 系统控制功能实现框架第32-33页
        2.4.2 EMS系统应用功能扩充第33-34页
        2.4.3 风电场本地控制系统第34-35页
    2.5 风电综合通信管理终端设计第35-40页
        2.5.1 终端硬件设计第35页
        2.5.2 终端应用软件设计第35-37页
        2.5.3 风电综合通信管理终端的功能设计第37-39页
            2.5.3.1 数据采集与存储第37-38页
            2.5.3.2 通信第38-39页
            2.5.3.3 对时第39页
            2.5.3.4 风电场控制第39页
            2.5.3.5 事件记录第39页
            2.5.3.6 远程维护及升级第39页
            2.5.3.7 当地维护功能第39页
        2.5.4 风电综合通信管理终端技术性能指标第39-40页
            2.5.4.1 可靠性第39-40页
            2.5.4.2 电源第40页
            2.5.4.3 绝缘性能第40页
            2.5.4.4 电磁兼容第40页
            2.5.4.5 工作环境第40页
    2.6 主站与风电场系统间通信实现方案设计第40-42页
        2.6.1 与风机监控系统的通信第41-42页
        2.6.2 与无功补偿装置的通信第42页
        2.6.3 与本地功率预测系统的通信第42页
    2.7 主站应用系统与其他系统接口第42-43页
    2.8 本章小结第43-44页
第三章 基于OPC技术的风电场信息集成技术第44-63页
    3.1 引言第44页
    3.2 风电场监控信息集成技术第44-53页
        3.2.1 IEC 61400-25 标准第45-48页
            3.2.1.1 标准概述第45页
            3.2.1.2 标准的适用范围第45-46页
            3.2.1.3 标准的信息模型第46-47页
            3.2.1.4 标准的信息交换模型定义第47页
            3.2.1.5 标准对通信协议的映射第47-48页
        3.2.2 OPC技术第48-50页
            3.2.2.1 OPC的基本体系结构第49页
            3.2.2.2 OPC 规范内容第49-50页
            3.2.2.3 OPC对象模型第50页
        3.2.3 监控信息集成技术研究综述第50-53页
    3.3 OPC接口实现第53-62页
        3.3.1 OPC客户端通信程序设计第53-58页
            3.3.1.1 OPC客户端程序开发方法第53-54页
            3.3.1.2 OPC数据访问方法第54-55页
            3.3.1.3 客户端/服务器通信过程第55-56页
            3.3.1.4 客户端类设计第56-58页
        3.3.2 客户端程序应用实现第58-62页
            3.3.2.1 OPC服务器第58-59页
            3.3.2.2 客户端应用实现第59-62页
    3.4 本章小结第62-63页
第四章 调度中心与风电场通信规约第63-87页
    4.1 电力系统IEC 60870-5 系列通信规约概述第63-71页
        4.1.1 规约结构第65-67页
        4.1.2 链路层帧结构第67-68页
        4.1.3 应用层数据单元第68-69页
        4.1.4 基本应用功能第69页
        4.1.5 规约报文实例第69-71页
    4.2 主站与风电综合通信管理终端的通信规约设计第71-72页
    4.3 风电场综合信息传输规约第72-86页
        4.3.1 规约结构第72-74页
        4.3.2 应用功能实现第74-86页
            4.3.2.1 实时数据和历史数据的混合传送第74-75页
            4.3.2.2 控制功能第75-76页
            4.3.2.3 文件传输第76-86页
    4.4 本章小结第86-87页
第五章 风电功率预测研究第87-117页
    5.1 风功率预测分类和预测方法概述第88-89页
        5.1.1 风功率预测分类第88页
        5.1.2 风功率预测方法综述第88-89页
        5.1.3 区域风功率预测第89页
    5.2 MM5 中尺度数值气象预报第89-94页
        5.2.1 MM5 中尺度数值气象预报模式第90页
        5.2.2 模式所用资料第90-91页
        5.2.3 数值预报结果第91-93页
        5.2.4 电力系统数据标记语言E第93-94页
    5.3 基于数值天气预报的短期风功率预测第94-99页
        5.3.1 预测原理第94-95页
        5.3.2 风电场功率模型第95-99页
            5.3.2.1 风机输出功率模型第95-96页
            5.3.2.2 风电场输出功率模型第96-99页
    5.4 BP神经网络建模方法第99-104页
        5.4.1 人工神经网络的基本概念第99-101页
        5.4.2 BP神经网络第101-103页
        5.4.3 建模效果第103-104页
    5.5 预测系统误差分析第104-116页
        5.5.1 预测结果误差分析指标第104-106页
        5.5.2 风电场建模误差分析第106-113页
            5.5.2.1 模型拟合误差第106-107页
            5.5.2.2 模型推理误差第107-110页
            5.5.2.3 含NWP环节预测第110-113页
        5.5.3 降低误差的方法第113-116页
            5.5.3.1 用整场建模替代单机建模后累加第113-115页
            5.5.3.2 考虑其他相关因子第115页
            5.5.3.3 系统误差修正第115-116页
    5.6 本章小结第116-117页
第六章 风电场有功功率与无功电压控制策略第117-124页
    6.1 风电场自动发电控制第117-120页
        6.1.1 电力系统自动发电控制AGC第117-118页
        6.1.2 内蒙古电网AGC控制方式第118页
        6.1.3 调度中心风电场自动发电控制策略第118-120页
    6.2 风电场自动电压控制第120-123页
        6.2.1 引言第120-121页
        6.2.2 内蒙古电网无功电压控制第121-122页
        6.2.3 调度中心风电场无功电压控制策略第122-123页
    6.3 本章小结第123-124页
第七章 风电场监控二次系统安全防护方案第124-129页
    7.1 电力二次系统安全分区与防护概述第124-126页
    7.2 主站系统安全防护方案第126页
        7.2.1 主站二次系统逻辑结构第126页
        7.2.2 主站二次系统安全防护部署第126页
    7.3 风电场本地安全防护方案第126-128页
        7.3.1 风电场二次系统逻辑结构第127页
        7.3.2 风电场二次系统整体安全部署第127-128页
    7.4 本章小结第128-129页
第八章 结语第129-131页
参考文献第131-137页
发表论文和科研情况说明第137-138页
致谢第138页
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