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    ST-730新能源一次調頻裝置

    作者:舜通智能 來源:www.rotocarvings.com 發布時間:2022-02-18 熱度:0

    一、概述

          隨著越來越多的新能源廠站(風電場、光伏電站)投產并網,由于風、光資源的間歇性,越來越多的新能源廠站給電網調度系統帶來了巨大的調峰壓力,增加了電網系統的不穩定性因素。因此,有必要對新能源廠站安裝一次調頻裝置。
          ST-730一次調頻控制裝置正是在此背景下開發的,是為實現風電場或光伏電站一次調頻響應控制而研制的專用系統和設備,能夠實時監測電網系統頻率,電網頻率越限時,ST-730裝置啟動頻率響應模式,迅速協調新能源場站有功輸出,快速實現對電網頻率的有效控制。

    二、產品規格


          ST-730采用800*600*2200標準控制柜方式安裝,電源支持AC/DC 220V/110V 50~60Hz單電源/冗余電源可選(失電告警);內置一臺QTouch-3200一次調頻核心服務,操作系統采用實時Linux系統,搭載最新的QTouch自主可控跨平臺組態軟件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。
    系統內置一臺高精度電網頻率采集裝置,具有分辨率為0.001Hz的頻率采集性能,并有長達2000個周期數據錄波功能,具有電能量統計、諧波采集、快速電壓波動、電壓暫變、動態捕捉等強大的電網數據分析能力;具有SOE記錄、故障錄波、穩態/暫態/瞬態電能質量、多路DO輸出等特色功能,功能強大。
    系統內置一臺17寸的可觸摸顯示器,以及一臺工業級數據交換機,顯示器通過QTouch圖形界面顯示系統一次接線圖及系統參數信息,便于用戶實時查看監控系統,工業交換機用于對接調度數據網和廠站數據網。
    外觀結構尺寸如下圖所示:

    三、ST-730系統功能

    3.1 主要功能

          仿照常規電源機組一次調頻功能,在新能源場站有功控制系統中實現有功-頻率下垂特性控制,實現新能源參與電網快速頻率響應功能。具體功能如下:
    (1) 當系統頻率發生偏移時,新能源電站能進行一次調頻響應。
    (2) 具備動作錄波功能,最大可以支持2000個周期的波形,支持長期數據存儲,具有COMMTRADE波形顯示分析,并通過IEC61850或文件ftp等方式傳輸。
    (3) 可根據電網要求進行本地及遠方的定值修改。
    (4) 設備具備B碼對時,也可通過規約進行時鐘同步。
    (5) 具備MODBUS、IEC60870、IEC61850等電力規約,可與AGC系統、EMS及逆變器實現數據通訊。
    (5) 可與遠動系統通訊上傳數據至調度主站,進行數據交互。
    (6) 可與AGC控制相協調,有功功率的控制目標應為AGC指令值與一次調頻調節量代數和。
    (7) 具備一次調頻在線主動功能。能夠接受省調主站一次調頻在線主動信號,實時向主站反饋場站一次調頻信號等功能。
    (8) 具有日志記錄,統計功能,可以查詢一次調頻動作次數,響應出力等信息。

    3.2 快速調頻響應功能

          新能源(風電場、光伏發電站)場站通過保留有功備用或配置儲能設備,并利用相應的有功控制系統或加裝獨立控制裝置來實現一次調頻功能。電網高頻擾動情況下,一次調頻動作量達10%額定出力后可不再向下調節,電網低頻擾動情況下,一次調頻動作量達5%額定出力后可不再向上調節(10%、5%均為推薦設定值)。一次調頻下垂特性通過設定頻率與有功功率折線函數實現,即:
      
    fd  —— 一次調頻死區,Hz;
    fN  —— 系統額定頻率,Hz;
    P N —— 額定功率,MW;
    d% —— 新能源一次調頻調差系數;
    P 0 —— 有功功率初值,MW。
          以本技術要求推薦一次調頻技術參數設定值為例,一次調頻死區設定0.05Hz,調差系數設定5%,一次調頻功率上調節最大功率限幅設定為6% P N ,一次調頻功率下調節最大功率限幅設定為10% P N。新能源場站參與電網一次調頻的下垂曲線如下圖所示:


    3.3 快速頻率響應技術指標

          對于調節變化量不低于額定出力10%的頻率階躍擾動,響應過程滿足以下要求如下圖。

          響應滯后時間thx:自頻率越過光伏電站調頻死區開始到發電出力可靠的向調頻方向開始變化所需的時間。
          響應時間t0.9:自頻率超出調頻死區開始,至有功功率調節量達到調頻目標值與初始功率之差的90%所需時間。
          調節時間ts:自頻率超出調頻死區開始,至有功功率達到穩定(功率波動不超過額定出力±1%)的最短時間。


          新能源場站一次調頻啟動時間不大于3s;
          風電場一次調頻響應時間不大于10s,調節時間不大于15s;
          光伏電站一次調頻響應時間不大于5s,調節時間不大于15s。

    3.4 通信接口

          系統與光伏電站/風電場能量管理系統通信采用網絡通信接口,通信規約推薦使用IEC60870-5-104規約。

    3.5 圖形監控軟件

          系統可通過曲線、棒圖、餅圖等顯示方式來觀察數據的變化情況,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,同時提供各種統計值的顯示(平均值、最大值及發生時間、最小值及發生時間等)。
          系統提供界面支持對系統參數配置的讀取、修改、更新,包括通信參數、信息點表、安全約束條件、死區范圍、超時時間等;
          系統提供對裝置所有通信接口(串口、以太網口)的通信監視功能;

    四、ST-730系統性能指標

    4.1 控制性能指標
    • 一次調頻死區:風電場站一次調頻的死區宜設置為±0.03~0.06Hz, 推薦設定值為±0.05Hz;光伏場站一次調頻的死區宜設置為±0.02~0.05Hz,推薦設定值為±0.05Hz。
    • 一次調頻調差系數:新能源場站一次調頻調差系數宜設置為2%~6%,推薦設定值為5%。
    • 一次調頻限幅:
    新能源場站的有功出力大于20%Pn 時,一次調頻動作應滿足下列要求:
    a) 當系統頻率低于額定頻率并越過一次調頻死區時,新能源場站應根據一次調頻曲線增加有功功率輸出,當有功調節量達到設定值時可不再繼續增加,一次調頻功率上調節限幅推薦設定值為6%Pn;
    b) 當系統頻率高于額定頻率并越過一次調頻死區時,新能源場站應根據一次調頻曲線減少有功功率輸出,當有功調節量達到設定值時可不再繼續減少,一次調頻功率下調節限幅推薦設定值為10%Pn。
    • 一次調頻動態指標
    頻率階躍試驗中,一次調頻動態指標應滿足以下要求:
    a) 新能源場站一次調頻啟動時間不大于3s;
    b) 風電場一次調頻響應時間不大于10s,調節時間不大于15s;
    c) 光伏電站一次調頻響應時間不大于5s,調節時間不大于15s。
    • 一次調頻控制偏差:在頻率偏離死區出力穩定后,新能源場站響應一次調頻指令的有功出力偏差應在額定出力的±2%以內。
    • 場站級調頻裝置應選擇新能源場站并網點電壓為頻率測量點,且一次調頻功能滿足以下技術要求:
    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)一次調頻回路運算周期 :一次調頻回路程序運算周期不大于100ms。

    4.2裝置的物理及環境特性

          在硬件上,QTouch-3200核心服務器裝置基于全密閉無風扇、無硬盤嵌入式硬件平臺,運行穩定可靠,并采用了硬件看門狗技術。
          在電源方面,為了保證裝置的可靠運行,采用隔離技術,使弱電系統和強電系統完全隔離,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,良好的結構設計大大增強了裝置的電磁兼容性能。
          在軟件設計上,提供關鍵進程的運行狀態監視和守護功能,在進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不間斷運行。

    4.3運行可靠性
    1. MTBF>45000小時;
    2. 使用壽命>15年。
    4.4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)范圍內不影響數據傳輸正確性。
    4.5絕緣性能

        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。
        絕緣強度:
          通訊端口對地絕緣強度:加500V無擊穿與閃絡;
          電源端口對地絕緣強度:加1500V無擊穿與閃絡;

    4.6電磁兼容
    1. 振蕩波抗擾度符合 GB/T 15153.1-1998的有關條款;
    2. 靜電放電抗擾度符合GB/T 15153.1-1998的有關條款;
    3. 電快速瞬變脈沖群抗擾度符合 GB/T 17626.4-1998的有關條款;
    4. 工頻磁場抗擾度符合GB/T 15153.1-1998和GB/T 17626.8-2006的有關條款。
    4.7工作環境
    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。
    4.8參考標準 
    1. 《并網電源一次調頻技術規定及實驗導則》GB/T 40595-2021;
    2. 《風電場接入電力系統技術規定》GB/T 19963-2011;
    3. 《電力系統網源協調技術規范》DL/T 1870-2018。

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