NBT 10317—2019风电场功率控制系统技术要求及测试方法

这是一篇关于NBT 10317—2019风电场功率控制系统技术要求及测试方法的思维导图，本标准适用于通过110(66)kV及以上电压等级并网的新建、改建、扩建风电场，通过其他电压等级与电力系统连接的风电场，可以参照执行。

NB/T 10317—2019 风电场功率控制系统技术要求及测试方法

• 1 范围
  • 本标准规定了风电场功率控制系统(以下简称系统)技术要求及测试方法。
  • 本标准适用于通过110(66)kV及以上电压等级并网的新建、改建、扩建风电场，通过其他电压等级与电力系统连接的风电场，可以参照执行。
• 2 规范性引用文件
  • 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
  • 凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
  • GB/T 13729 远动终端设备
  • GB/T 19963 风电场接入电力系统技术规定
  • DL/T634.5101 远动设备及系统 第5-101部分：传输规约基本远动任务配套标准
  • DL/T 634.5104 远动设备及系统 第5-104部分：传输规约采用标准传输协议集的IEC 60870-5-101网络访问
  • NB/T 31078 风电场并网性能评价方法
  • NB/T 31099 风力发电场无功配置及电压控制技术规定
  • 中华人民共和国国家发展和改革委员会令第14号 电力监控系统安全防护规定
• 3 术语和定义
  • 下列术语和定义适用于本文件。
  • 3.1风电场功率控制系统 wind farm power control system
    • 一种综合实现风电场有功及频率、无功电压控制的系统。
  • 3.2风电场有功及频率控制 wind farm active power and frequency control
    • 利用计算机系统、通信网络和可调控设备，根据电网实时工况、可调控设备运行状态等信息在线计算，并控制风电场内有功调节设备，实现对风电场有功出力特性、频率响应特性的合理控制。
  • 3.3风电场有功功率变化 wind farm active power change
    • 一定时间间隔内，风电场有功功率最大值与最小值之差。
  • 3.4闭锁 automatic blocking
    • 风电场功率控制系统由于电网、风电场设备或系统非正常工况而暂停执行某种控制功能，并且在非正常工况消失后恢复原控制状态的行为。
• 4 总体要求
  • 4.1 系统应满足GB/T 19963对风电场功率控制的要求，应以跟踪执行电网控制指令、实现场内优化经济运行为目标。
  • 4.2 系统应能根据调节目标，按概设定控制移式对风电机组、无功补偿装置等进行协调控制，保证风电 场的有功及频率控制、无功电压控制的精度、响应时间等指标满足电网运行要求。
  • 4.3 系统应能实现对风电机组、无功补偿装置的直接控制，其控制链路图参见附录A。
  • 4.4 系统应基于一体化数据平台，各功能模块应在逻辑上相互独立，控制策略、执行周期应相互匹配；
  • 4.5 系统应自动识别电压骤变、频率异常等非正常工况，根据需要闭锁相应控制功能。
  • 4.6 系统的二次安全防护应满足《电力监控系统安全防护规定》的要求。
• 5 数据采集
  • 5.1 系统应直接采集风电场并网点电压、风电场集电线路母线电压和集电线路支路电流，并可以直接采集量为基础计算频率、有功功率、无功功率和功率因数，数据采集精度应满足GB/T13729的要求。直接采集的风电场电气量和开关状态包括但不限于；
    • a)主升压变压器：高压侧三相电压和电流、低压侧三相电压和电流。
    • b)集电线路：各集电线路支路三相电流。
    • c) 断路器：主升压变压器高压侧和低电压断路器、各集电线路断路器、无功补偿装置支路断路器。
  • 5.2 系统应直接与风电机组通信，获取其电气量及状态信息，具体内容见9.2。
  • 5.3 系统应直接与无功补偿装置通信，获取其电气量及状态信息，具体内容见9.3。
  • 5.4 系统应能从风电场升压站监控系统接收电气量及状态信息，具体内容见9.4。
  • 5.5 系统的一次调频控制功能应基于5.1的采集数据；其他控制功能应基于5.2、5.3、5.4的采集数据，5.1的采集数据用于上述数据的校核。
• 6 有功及频率控制
  • 6.1 系统应按照表1的要求实现风电场有功及频率控制。
    • 表1 有功及频率控制
      • 控制模式 功 能 要 求
      • 功率非受限模式
        • a)全场出力按最优有功功率曲线执行，并具备一次调频功能。
        • b)控制风电场有功功率变化应满足GB/T 19963的要求。
      • 功率受限模式
        • a)风电场可发功率满足要求时，将全场有功功率调整至预先设定值或调度主站下达的给定值，并具备一次调频功能。
        • b)当接收到的有功目标值大于当前有功功率时，执行增加总有功功率的控制，综合考虑各台风电机组的运行状态和当前有功功率，合理进行有功分配。
        • c)当接收到的有功目标值小于当前有功功率时，执行降低总有功功率的控制，综合考虑各台风电机组的运行状态和当前有功功率，合理进行有功分配。
        • d)控制风电场功率控制响应时间及控制精度应满足NB/T 31078的要求。
      • 一次调频模式
        • 根据系统频率偏差，按照频率调节系数调整风电场的有功功率。
  • 6.2 系统控制模式可根据调度主站、风电场运行需要进行手动或自动切换。
  • 6.3 当风电场频率偏移至一次调频动作死区外时，进入调频模式；一次调频的功率支撑结束后，自动切换回原控制模式。
  • 6.4 有功功率分配策略应至少考虑：
    • a) 风电机组机端电压、机端电流约束。
    • b)风电机组有功功率最大调节速率。
    • c)风电机组启、停机约束。
    • d) 风电场调频备用容量。
  • 6.5 应具备紧急切除风电场有功功率的能力，可以采用向风电机组下发停运指令，或者通过遥控指令断 开集电线路开关等方式，实现有功功率快速切除。
• 7 无功电压控制
  • 7.1 系统应按照表2的要求实现风电场无功电压控制。
    • 表2 无 功 电 压控 制
      • 控制模式 功 能 要 求
      • 恒电压模式
        • a)将并网点电压调整到电压目标值，电压目标由调度主站下发或预置。
        • b)当接收到的电压目标值高于当前电压时，增加风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • c)当接收到的电压目标值低于当前电压时，减少风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • d)调节时间及控制精度应满足NB/T 31099的要求。
        • e)在满足d)的条件下，实施风电场无功优化控制。
      • 电压区间模式
        • a)将并网点电压调整到电压目标曲线上下限之间，电压目标曲线由调度主站下发或预置。
        • b)当前电压低于电压目标曲线下限值时，增加风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • c)当前电压高于电压目标曲线上限值时，减少风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • d)调节时间及控制精度应满足NB/T 31099的要求。
        • e)在满足d)的条件下，实施风电场无功优化控制。
      • 恒无功功率模式
        • a)将并网点无功功率调整到无功目标值，无功目标由调度主站下发或预置。
        • b)当接收到的无功目标值高于当前无功功率时，增加风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • c)当接收到的无功目标值低于当前无功功率时，减少风电场总无功功率，综合考虑各台风电机组、无功补偿装置的运行状态和功率，合理进行无功分配。
        • d)调节时间及控制精度应满足NB/T 31099的要求。
      • 恒功率因数模式
        • 将并网点功率因数调整到设定值，调节时间及控制精度满足NB/T 31099的要求。
  • 7.2 系统控制模式可根据调度主站、风电场运行需要进行手动或自动切换。
  • 7.3 应支持远方、就地两种控制方式。
    • 在远方控制方式下，实时响应调度主站下发的无功功率或电压目标；
    • 在就地控制方式下，按照预先给定的模式及无功功率分配策略进行控制。
  • 7.4 无功功率分配策略应至少考虑如下约束：
    • a)风电场并网点母线电压约束。
    • b)风电场集电线路母线电压约束。
    • c)风电机组机端电压、机端电流约束。
    • d)风电机组、无功补偿装置无功能力约束。
    • e) 风电机组、无功补偿装置无功最大调节速率。
  • 7.5 无功电压优化控制应至少考虑：
    • a) 在电网稳态情况下，系统应充分利用风电机组的无功调节能力，置换无功补偿装置已投入无功功率，并使无功补偿装置预留合理的无功裕度。
    • b)在保证无功电压合格的前提下，系统应根据网损最小原则，合理配置并优化风电场内各节点的无功功率及电压水平。
    • c)系统应能协调控制风电场内风电机组与无功补偿装置，避免出现无功电流的不合理流动。
• 8 其他功能
  • 8.1 异常处理功能，包括：
    • a)具备报警处理功能。运行异常或故障时能自动报警，停止分配结果输出，并形成事件记录。
    • b) 具备自动从远方控制方式转就地控制方式功能。当超过一定时间无法接收到调度主站下发的控制指令或调度主站下发指令无法通过本地校验时，应报警井自动切换到就地控制方式。
    • c)具备安全闭锁功能。当设备出现异常时应能自动闭锁，退出自动控制并给出告警，在设备异常 消失后，重新恢复自动控制。
    • d) 可对告警/闭锁原因、人员操作等形成事件记录。
  • 8.2 人工干预功能，包括：
    • a)可人工设置系统的控制模式。
    • b)可人工闭锁/解锁风电场内各类控制设备，退出/投入自动控制。
    • c)具备调试功能。可以对风电机组、无功补偿装置等控制对象下发测试指令。
    • d) 具备权限管理功能。能够对不同的登录用户赋予不同的权限。
    • e) 具备系统管理和参数设置功能。
  • 8.3 统计分析功能，包括：
    • a)存储关键历史数据，包括但不限于：并网点电压实时值和控制目标值；全场总有功功率的预测值、实时值和控制目标值；全场总无功功率实时值和控制目标值；风电机组有功功率的实时值和控制目标值；风电机组无功功率实时值和控制目标值；无功补偿装置无功功率实时值和控制目标值。
    • b)统计风电机组、无功补偿装置的运行信息，包括但不限于：投运率和调节合格率等。
    • c) 历史和统计数据导出。
• 9 通信信息
  • 9.1 与调度主站的数据交互(包括但不限于附录B中表B.1、表B.2)要求如下：
    • a) 实时接收控制目标和上传控制目标返回值。
    • b)宜采用TCP/IP通信接口，支持DL/T 634.5101、DL/T 634.5104规约。
  • 9.2 与风电机组的数据交互(包括但不限于附录B中表B.3、表B.4)要求如下：
    • a) 实时采集风电机组的运行信息，同时下发风电机组有功功率、无功功率控制目标。
    • b) 宜采用环网 TCP/IP通信接口，支持DL/T 634.5101、DL/T 634.5104、MODBUS等规约。
  • 9.3 与无功补偿装置的数据交互(包括但不限于附录B中表B.5、表B.6)要求如下：
    • a) 实时采集装置的运行信息，同时下发无功补偿装置无功电压控制目标。
    • b) 宜采用TCP/IP通信接口，支持DL/T 634.5101、DL/T 634.5104、MODBUS等规约。
  • 9.4 与风电场升压站监控系统的数据交互(包括但不限于附录B中表B.7、表B.8)要求如下：
    • a) 实时采集风电场运行信息，向风电场升压站监控系统发送遥调、遥控指令。
    • b)宜采用TCP/IP通信接口，支持DL/T 634.5101、DL/T634.5104规约。
• 10 功能测试
  • 10.1 测试内容
    • 功能测试包括有功及频率控制功能、无功电压控制功能、异常处理功能三部分内容。
  • 10.2 测试平台
    • 其中风电场功率控制系统测试平台包括调度主站功率控制指令模拟单元、电网与风电场模拟单元、电平转换单元等，如图1所示。
      • 图1 风电场功率控制系统功能测试平台示意图
      • a)调度主站功率控制指令模拟单元下发风电场有功及频率、无功电压控制目标，其技术指标如下：
        • 1)支持有功功率、无功功率、电压目标以增量值(或绝对值)方式下发；
        • 2)支持DL/T634.5101、DL/T 634.5104等规约。
      • b)电网与风电场模拟单元模拟风电场内风电机组、无功补偿装置及其接入的电网环境，其技术指标如下：
        • 1) 模型仿真步长：≤1ms;
        • 2)支持DL/T634.5101、DL/T634.5104、MODBUS等规约。
      • c) 电平转换单元实现与风电场功率控制器的接口匹配，其技术指标如下：
        • 1)电压输出：≥3路，电压范围：0V~100V,误差不大于0.2%;
        • 2) 电流输出：≥3路，电流范围：0A~5A1A,误差不大于0.2%；
  • 10.3 测试方法
    • 10.3.1 有功及频率控制功能
      • 10.3.1.1 功率非受限模式测试方法如下：
        • a) 模拟风速的变化导致风电场输出功率的波动，根据采集到的三相电压和电流，计算风电场1 min和10 min有功功率变化率，判定1min和10min有功功率变化满足GB/T19963的要求。
        • b) 风电场有功功率为90%Pn。为风电场额定功率)以上运行时，模拟风电场正常停机，根据采集到的三相电压和电流，计算风电场1min和10min有功功率变化率，判定1 min和10 min有功功率变化满足GB/T 19963的要求。
        • c) 风电场风况满足有功功率90。以上运行条件，启动风电场并网，根据采集到的三相电压和电流，计算风电场1min和10min有功功率变化率，判定1min和10min 有功功率变化满足GB/T 19963的要求。
      • 10.3.1.2 功率受限模式测试方法如下：
        • a) 风电场风况满足有功功率90%Pn以上运行条件，维持风速不变，按照有功功率80%Pn、60%Pn、40%Pn、20%Pn、40%Pn、60%Pn、80%Pn的顺序依次下发有功功率控制目标值，根据采集到的三相电压和电流，计算有功功率控制响应时间、控制精度。
        • b) 风电场风况满足有功功率90%Pn以上运行条件，维持有功功率控制目标值不变，模拟风速的变化导致有功功率变化，根据采集到的三相电压和电流，计算有功功率控制响应时间、控制精度。
      • 10.3.1.3 一次调频模式测试方法如下：
        • a) 风电场有功采用功率非受限模式，在有功功率30%Pn以下、90%Pn以上两种情况下，模拟电网频率发生偏移，根据采集到的三相电压和电流，计算一次调频响应时间、一次调频功率调整量、一次调频支撑时间及一次调频动作死区。
        • b) 风电场有功采用功率受限模式，在有功功率20%Pn、40%Pn、60%Pn、80%Pn四种输出工况下，模拟电网频率发生偏移，根据采集到的三相电压和电流，计算一次调频响应时间、一次调频功 率调整量、一次调频支撑时间及一次调频动作死区。
    • 10.3.2 无功电压控制功能
      • 10.3.2.1 恒电压模式测试方法如下：
        • a) 风电场在30%Pn以下、90%Pn以上两种有功功率下，以风电场并网点电压为控制目标，设置不同电压控制目标值，根据采集到的三相电压和电流，计算电压控制响应时间、控制精度，并记录电压调整过程中风电场有功功率、无功功率。
        • b) 风电场在30%Pn以下、90%Pn以上两种有功功率下，保持当前风电场并网点电压控制目标值， 模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，根据采集到的三相电压和电流，计算电压控 制响应时间、控制精度，并记录电压调整过程中风电场有功功率、无功功率。
      • 10.3.2.2 电压区间模式测试方法为：
        • 设置风电场为电压区间控制模式，在30%Pn以下、90%Pn以上两种有功功率下，模拟风电场并网点电压波动至电压目标曲线范围之外，根据采集到的三相电压和电流，计算电压控制响应时间、控制精度，并记录电压调整过程中风电场并网点电压及有功功率、无功功率。
      • 10.3.2.3 恒无功功率模式测试方法如下：
        • a) 设置风电场为恒无功功率控制模式，在30%Pn以下、90%Pn。以上两种有功功率下，调节无功功率控制目标，根据采集到的三相电压和电流，计算无功功率控制响应时间、控制精度。
        • b) 设置风电场为恒无功功率控制模式，在30%Pn以下、90%Pn以上两种有功功率下，模拟风电场有功功率波动，根据采集到的三相电压和电流，计算风电场无功功率变化情况。
      • 10.3.2.4 恒功率因数模式测试方法为：
        • 设置风电场为恒功率因数控制模式，在30%Pn以下、90%Pn以上两种有功功率下，模拟风电场有功功率波动，根据采集到的三相电压和电流，计算风电场功率因数的变化情况。
    • 10.3.3 异常处理功能包括：
      • a) 测量电气量异常时，闭锁对应的有功、无功功率输出，并告警。
      • b)功率调节指令或调节步长越限时，该指令不执行，有功、无功功率指令维持不变。
      • c)通信异常时，闭锁对应的有功、无功功率输出，并告警。
• 11 性能指标要求
  • 11.1 系统数据采集精度
    • a) 交流电压、交流电流的测量误差：≤0.2%
    • b)有功功率、无功功率的测量误差：≤0.5%
    • c) 频率的测量误差：≤0.005 Hz。
  • 11.2 系统可用率
    • 系统可用率要求：≥99.9%
  • 11.3 系统指令输出响应
    • |控制目标值输出时间 - 控制指令接收时间|≤100 ms。
  • 11.4 风电场控制指标
    • a)风电场有功功率控制偏差：≤3%Pn.
    • b)风电场无功功率控制偏差：|输出值 - 目标值|/|目标值|≤5%
    • c) 风电场电压控制偏差：|输出值 - 目标值|≤0.5kV(220kV及以下电压),1.0kV(330kV电压)。
    • d)风电场有功功率控制目标值响应速率(风电场有功功率大于20%Pn时):≥20%Pn/20s.
    • e) 风电场无功功率控制目标值响应时间：≤30s。
    • f) 风电场电压控制目标值响应时间：≤30s。
    • g)风电场一次调频响应时间：≤3s。
  • 11.5 系统实时性
    • a) 系统接收风电场升压站监控系统数据周期：≤2s。
    • b) 系统向调度主站上传数据周期：≤2s。
    • c)人工控制命令从生成到输出的时间：≤1s。
    • d)画面整幅调用的响应时间：
      • 1) 实时画面响应时间：≤1s;
      • 2) 其他画面响应时间：≤2s;
      • 3) 画面实时数据刷新的最小周期：≤3s。
  • 11.6 系统其他指标
    • 关键历史数据存储时间：≥1年。