風電場功率控制系統調度功能技術要求國家市場監督管理總局I前言 2規范性引用文件 13術語和定義 4總體要求 25系統調度功能 36調度功能測試 57性能指標 附錄A(資料性)功率控制系統控制鏈路 7附錄B(資料性)基本采集信息表 8附錄C(資料性)風電場參與電網一次調頻下垂曲線示例 附錄D(資料性)風電場有功功率、無功功率、電壓及一次調頻控制的性能指標計算方法 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國電力企業聯合會提出。本文件由全國電網運行與控制標準化技術委員會(SAC/TC446)歸口。本文件起草單位：中國電力科學研究院有限公司、國家電網有限公司國家電力調度控制中心、國網吉林省電力有限公司、中國南方電網電力調度控制中心、國網冀北電力有限公司、國網內蒙古東部電力有限公司、內蒙古電力(集團)有限責任公司。本文件主要起草人：董昱、秦世耀、董存、孫勇、李明節、遲永寧、張金平、苗風麟、陳國平、冷喜武、1風電場功率控制系統調度功能技術要求本文件規定了風電場功率控制系統(以下簡稱“系統”)調度功能的基本要求、配置及通信信息、主要功能、測試及性能指標要求。本文件適用于通過35kV及以上電壓等級并網的新建或擴建風電場，可用于系統的設計研發及入網功能選型等。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T19582.1基于Modbus協議的工業自動化網絡規范第1部分：Modbus應用協議GB/T19963風電場接入電力系統技術規定GB/T36050電力系統時間同步基本規定GB/T36572電力監控系統網絡安全防護導則DL/T634.5101遠動設備及系統第5-101部分：傳輸規約基本遠動任務配套標準DL/T634.5104遠動設備及系統第5-104部分：傳輸規約采用標準傳輸協議集的IEC60870-5-101網絡訪問3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。根據電網實時控制指令(或預置目標指令)及風電機組出力特性，合理分配風電機組有功功率，實現風電場有功功率自動閉環控制，使風電場有功出力滿足電網控制要求。風電場一次調頻控制windfarmprimaryfrequencycontrol當電力系統頻率偏離規定的調頻死區時，風電場快速自動調節有功功率，以響應電網頻率變化，維持電網頻率穩定的控制功能。通過對風電機組和無功補償裝置的直接控制，實現風電場自動發電控制、一次調頻控制和無功電壓控制等功能的系統。24總體要求4.1基本要求4.1.1系統應跟蹤執行電網調度指令，或響應電網頻率及電壓變化，通過對風電機組及無功補償設備的直接控制，實現風電場有功功率、無功功率的調節，支撐電網頻率及電壓。4.1.2系統應保證風電場功率控制的精度、響應時間等技術指標滿足電網運行要求，應符合GB/T19963的功率控制要求，控制鏈路圖見附錄A。4.1.3系統各控制功能應在邏輯上相互獨立，控制策略、執行周期相互匹配。4.1.4系統應使用自主可控的硬件設備和經過安全加固的操作系統，安全防護應符合GB/T36572的要求。4.2硬件配置4.2.1系統應由控制主機、人機接口設備等構成。4.2.2控制主機應采用雙機主從方式配置、雙電源供電。4.2.3人機接口設備應采用高可靠性工業計算機設備。4.2.4系統應配備數據采集模塊，直接采集風電場并網點電壓、主變高壓側電流等，用于一次調頻控制。對于采用海上升壓站、陸上集控站形式并網的海上風電場，此處采集信號指集控站出線側電壓、電流。4.3軟件功能4.3.1系統軟件應基于模塊化設計，各功能模塊可獨立投入或退出，控制模式(控制策略)可根據調度主站、風電場運行要求進行切換。4.3.2系統應具有自檢功能，當軟件工作不正常時，應能通過自復位恢復正常工作。4.3.3系統應具備自動授時功能，時間同步應符合GB/T36050的要求。4.4.1系統應能與調度主站進行通信，實時接收控制目標值并上傳控制目標返回值，具體通信信息見附錄B中表B.1、表B.2。通信宜采用TCP/IP通信接口并符合DL/T634.5101、DL/T634.5104的要求。4.4.2系統應直接與風電機組進行通信，實時采集風電機組的運行信息，將有功功率、無功電壓控制目標下發給風電機組，具體通信信息見表B.3、表B.4。通信宜采用環網TCP/IP通信接口并符合DL/T634.5101、DL/T634.5104、GB/T19582.1的要求。4.4.3系統應直接與動態無功補償裝置進行通信，實時采集裝置的運行信息，下發無功電壓控制目標，具體通信信息見表B.5、表B.6。通信宜采用TCP/IP通信接口并符合DL/T634.5101、DL/T634.5104、GB/T19582.1的要求。4.4.4系統應能與風電場升壓站監控系統進行通信，實時采集風電場運行信息，向風電場升壓站監控系統發送遙調、遙控指令，具體通信信息見表B.7、表B.8。通信宜采用TCP/IP通信接口并符合DL/T634.5101、DL/T634.5104的要求。4.4.5對于采用海上升壓站、陸上集控站形式并網的海上風電場，此處系統應與集控站監控平臺進行35系統調度功能5.1有功功率控制5.1.1系統的有功功率控制模式分為功率非受限模式和功率受限模式。5.1.2在功率非受限模式下，系統應能控制風電場有功功率變化并符合GB/T19963的有功功率變化要求。5.1.3在功率受限模式下，風電場可發功率滿足要求時，系統應將有功出力調整至預先設定值或調度主站下達的目標值；風電場有功功率控制響應時間及控制精度應滿足電網運行要求。5.1.4系統應根據接收到的風電場有功目標值與當前出力情況，按照設定的分配策略合理進行風電機組有功功率分配。分配策略宜考慮等容量、等比例、等裕度等。5.1.5系統應支持遠方/就地兩種控制方式，在遠方控制方式下，系統實時響應調度主站下發的控制目標；在就地控制方式下，按照預先給定的模式及控制目標進行控制。5.1.6系統有功功率分配至少考慮如下約束條件：a)風電機組的電壓、電流約束；b)風電機組有功功率上/下限約束；c)風電機組有功功率最大調節速率、最小調節周期；d)風電機組啟、停機次數、開機條件等約束；e)風電場的調頻備用容量。5.1.7當風電場電氣量越限、量測異常、通信異常、設備運行告警時，系統應閉鎖對應的有功功率調節功能。5.1.8在電力系統事故或緊急情況需要快速降低風電場有功出力時，系統應配合安全自動裝置快速切除風電場或場內部分集電線路。5.2一次調頻控制5.2.1當電網頻率偏離規定的死區后，系統應自動啟動一次調頻控制功能，通過調整風電場有功功率減少頻率偏差；當電網頻率恢復至一次調頻動作死區范圍內時，自動退出當前一次調頻過程。5.2.2當風電場有功功率高于20%額定有功功率時，一次調頻控制應能實現風電場有功功率的連續平滑調節，并滿足以下要求：a)當電網頻率下降時，系統應根據一次調頻下垂曲線快速增加有功功率，增加至目標值或當前最大有功功率；b)當電網頻率上升時，系統應根據一次調頻下垂曲線快速減小有功功率，減小至目標值或最小有功功率。風電場一次調頻下垂曲線示例見附錄C。5.2.3在有功功率非受限模式及受限模式下，系統均應具備一次調頻控制功能。5.2.4系統一次調頻應與本風電場自動發電控制(AGC)相協調，應至少滿足如下條件：a)系統有功功率的控制目標值應為本風電場自動發電控制(AGC)指令值與風電場一次調頻功率目標值的代數和；b)當電網頻率超出50Hz±0.1Hz時(根據各區域電網實際情況確定),系統應閉鎖本風電場自動發電控制(AGC)反向調節指令。5.2.5一次調頻控制過程中，系統向風電機組發送的有功功率目標值需考慮風電機組最小技術出力、最大可輸出功率及風電機組運行安全約束。有功功率分配策略可考慮等容量、等比例等。4調頻功能應相互配合，綜合考慮動作優先級、響應時間、控制死區等。5.3無功電壓控制5.3.1系統的無功電壓控制模式分為恒電壓模式、恒無功功率模式及恒功率因數模式。5.3.2在恒電壓模式下，系統應將并網點電壓調整到電壓目標值，電壓目標值由調度主站下發或預置，調節時間、控制精度應滿足運行要求。5.3.3在恒無功功率模式下，將并網點無功功率調整到無功目標值，無功目標值由調度主站下發或預5.3.4在恒功率因數模式下，將并網點功率因數調整到功率因數目標值，調節時間、控制精度應滿足運行要求。5.3.5系統應綜合考慮風電機組和無功補償設備的運行狀態和出力，合理進行無功分配，在調節時間及控制精度滿足運行要求下，可實施無功優化控制。風電機組間的分配策略可考慮等容量、等比例、等5.3.6系統應支持遠方/就地兩種控制方式，在遠方控制方式下，系統實時響應調度主站下發的控制目標；在就地控制方式下，按照預先給定的模式及控制目標進行控制。5.3.7無功功率分配至少考慮如下約束：a)風電場并網點母線電壓約束；b)風電場集電線路母線電壓約束；c)風電機組電壓、電流約束；d)風電機組、動態無功補償裝置無功調節能力約束；e)風電機組、動態無功補償裝置無功最大調節速率約束；f)電容器/電抗器投切次數限制。5.3.8無功優化控制至少考慮如下因素：a)在電網穩態情況下，系統應充分利用風電機組的無功調節能力，置換動態無功補償裝置已投入的無功功率，并使動態無功補償裝置預留合理的無功裕度；b)在保證電壓合格的前提下，系統應根據網損最小原則，協調控制風電機組與無功補償設備，合理配置并優化風電場內各節點的無功出力及電壓水平，避免出現無功電流的不合理流動。5.3.9當風電場電氣量越限、量測異常、通信異常、設備運行告警時，系統應閉鎖對應無功電壓控制功能。5.4人機接口5.4.1可人工設置系統的控制模式和運行方式。5.4.2可人工閉鎖/解鎖風電場內各類功率控制設備，退出/投入自動控制。5.4.3具備調試功能，可對風電機組、無功補償裝置、升壓變壓器有載調壓分接頭等控制對象下發測試指令。5.4.4具備運行監視功能，各控制模式下包括但不限于：風電場并網點電壓、有功功率、無功功率、頻率，風電機組有功功率，風電機組及無功補償設備無功功率、并網點電壓，風電機組/無功補償設備運行狀態，系統與其他設備的通信狀態、通信數據等。5.4.5具備報警處理功能，系統故障或功能異常時能自動報警，報警內容包括但不限于：系統軟件運行異常、硬件運行異常、與其他設備通信異常、接收調度主站指令異常、控制指令執行異常等；具備語音告警、光字牌告警等多種告警方式。5.4.6具備權限管理功能，能夠對不同的登錄用戶賦予不同的權限，權限設置應包括但不限于：模型維55.4.7具備系統管理和參數設置功能，可以在線設置有功功率控制、一次調頻控制、無功電壓控制功能5.4.8具備計劃曲線數據錄入功能，至少支持人工輸入全場有功功率、電壓、無功功率計劃曲線，支持人工錄入頻率擾動模擬數據。5.5統計分析5.5.1存儲關鍵歷史數據，應包括但不限于以下內容：a)調度主站下發有功功率目標值、電壓目標值和無功功率目標值；b)全場總理論發電功率、總可用發電功率、總有功功率實際值；c)并網點電壓實際值；d)并網點總無功功率實際值；e)風電場頻率實際值、調頻有功功率增加值；f)風電機組有功功率的實際值和目標值；g)風電機組無功功率實際值和目標值；h)動態無功補償裝置無功功率實際值和目標值、電壓實際值和目標值等。5.5.2統計風電場并網點電壓合格率，統計風電機組、無功補償設備的運行信息，包括但不限于：投運率和調節合格率等。5.5.3支持記錄維護人員和操作人員的操作記錄，包括但不限于：操作時間、操作用戶和操作內容等。5.5.4支持歷史數據和統計數據導出功能。5.6異常處理5.6.1具備安全閉鎖功能，當設備出現異常時應能自動閉鎖，退出相應控制并給出告警，在設備異常消失后，重新恢復自動控制。5.6.2具備報警處理功能，運行異常或故障時能自動報警，停止分配結果輸出，并形成事件記錄。5.6.3系統運行在遠方控制方式下，當超過一定時間無法接收到調度主站下發的控制指令或調度主站下發指令無法通過本地校驗時，應報警并自動切換到就地控制方式；遠方控制方式自動切換到就地控制方式后，當接收到調度主站下發的控制指令且通過本地校驗時，可按調度主站要求自動切換為遠方控制方式。5.6.4可對告警/閉鎖原因、人員操作等形成事件記錄。6調度功能測試6.1系統應通過入網型式試驗，試驗內容至少包括控制策略驗證、數據采集及通信信息校核、異常處理邏輯等。6.2系統控制能力的現場測試應在風電場投運6個月內完成，測試內容至少包括風電場有功功率變化、風電場有功功率控制、風電場無功電壓控制、風電場一次調頻控制等。風電場有功功率控制的性能指標計算方法見附錄D中D.1,風電場無功電壓控制的無功功率及電壓控制性能指標計算方法分別見D.2、D.3,風電場一次調頻控制的性能指標計算方法見D.4。7性能指標7.1數據采集交流采樣測量值綜合誤差不應大于0.5%。6電網頻率測量誤差不應大于0.003Hz。系統可用率：≥99.9%。7.3控制性能指標7.3.1有功功率控制有功功率控制精度：≤2%Pn(P。為額定有功功率)。有功功率控制目標值響應速率(風電場出力大于20%P。時):≥20%Pn/20s。7.3.2無功電壓控制恒無功功率模式：a)無功功率控制精度：≤5%;b)無功功率控制目標值響應時間：≤30s。恒電壓控制模式：a)電壓控制精度：≤0.5kV(220kV及以下電壓)或≤1.0kV(330kV及以上電壓等級);b)電壓目標值響應時間：≤120s。7.3.3一次調頻控制一次調頻死區范圍：±0.03Hz~±0.1Hz。一次調頻調差率：2%～10%。一次調頻的最大有功功率調節量：≥10%P。(電網頻率高于50Hz)或≥6%P,(電網頻率低于一次調頻有功功率控制偏差：≤2%Pn。一次調頻啟動時間：≤2s。注：上述指標推薦值可根據各區域電網實際情況另行確定。系統接收風電場升壓站監控系統數據周期：≤2s。系統向調度主站上傳數據周期：≤2s。人工控制命令從生成到輸出的時間：≤1s。畫面整幅調用的響應時間：a)實時畫面響應時間：≤1s;b)其他畫面響應時間：≤2s。畫面實時數據刷新的最小周期：≤3s。7.5系統其他指標關鍵歷史數據存儲時間：≥1年。7(資料性)功率控制系統控制鏈路功率控制系統控制鏈路見圖A.1。調度白動化系統(AGC/AVC功能模塊)調度側風電場側遠動裝置風電場側風電場側功能模塊1數據采集與臨視功能模塊2有功功率及一次調頻控制功能模塊3無功電壓控制風電機糾無功補償裝置圖A.1功率控制系統控制鏈路圖8(資料性)基本采集信息表系統從調度主站接收的控制指令見表B.1。表B.1系統從調度主站接收的控制指令序號信號名稱備注1有功功率控制目標功率控制系統接收調度主站有功功率目標，通過就地有功分配和調節，完成對調度主站指令的追蹤2并網點電壓控制目標功率控制系統接收并網點電壓目標，通過就地無功分配和調節，完成對調度主站指令的追蹤3并網點無功功率目標功率控制系統接收無功功率目標，通過就地無功分配和調節，完成對調度主站指令的追蹤4有功功率控制模式功率非受限模式/功率受限模式5無功電壓控制模式恒電壓模式/恒無功功率模式/恒功率因數模式系統向調度主站傳輸的運行信息見表B.2。表B.2系統向調度主站傳輸的運行信息序號信號名稱備注1無功電壓控制遠方/就地信號功率控制系統上送調度主站的無功電壓控制的遠方/就地狀態信號2有功及頻率控制模式確認信號功率非受限發電模式/功率受限模式3一次調頻模式確認信號4無功電壓控制模式確認信號恒電壓模式/恒無功功率模式/恒功率因數模式5有功功率控制目標反饋值將調度主站下發有功功率控制目標反饋至調度主站6并網點電壓控制目標反饋值將調度主站下發的電壓控制目標反饋至調度主站7無功功率目標反饋值將調度主站下發的無功功率控制目標反饋至調度主站8理論發電功率風電機組自然運行狀態下能夠發出的有功功率9可用發電功率剔除設備故障、缺陷或檢修等因素后，風電機組在自然運行條件下能夠發出的功率可增有功出力上送的風電場當前最大可增加有功功率可減有功出力上送的風電場當前最大可減少有功功率有功增出力閉鎖信號1:有功增出力閉鎖；0:有功增出力解鎖有功減出力閉鎖信號1:有功減出力閉鎖；0:有功減出力解鎖可增無功出力上送當前整站的最大可增加無功功率可減無功出力上送當前整站的最大可減少無功功率無功增出力閉鎖信號1:無功增出力閉鎖；0:無功增出力解鎖無功減出力閉鎖信號1:無功減出力閉鎖；0:無功減出力解鎖9系統向風電機組傳輸的控制指令見表B.3。表B.3系統向風電機組傳輸的控制指令序號信號名稱備注1風電機組有功功率值系統下發給風電機組的有功功率設定值2風電機組無功功率值系統下發給風電機組的無功功率設定值3風電場一次調頻狀態信號系統從風電機組接收的運行信息見表B.4。表B.4系統從風電機組接收的運行信息序號信號名稱備注1風電機組當前有功功率2風電機組當前無功功率—3風電機組一次調頻備用容量—4風電機組機艙風速—5風電機組轉速6風電機組槳距角7風電機組運行狀態1:正常發電；0:停機8風電機組限功率狀態1:限功率運行；0:不限功率運行9風電機組參與一次調頻狀態標志1:一次調頻控制運行；0:一次調頻控制未運行風電機組一次調頻功能允許1:可以接收控制系統一次調頻指令；0:不能接收控制系統一次調頻指令系統向無功補償裝置傳輸的控制指令見表B.5。表B.5系統向無功補償裝置傳輸的控制指令序號信號名稱備注1裝置并網點電壓上限值2裝置并網點電壓下限3裝置并網點無功功率設定值—4裝置并網點電壓設定值系統從無功補償裝置接收的運行信息見表B.6。表B.6系統從無功補償裝置接收的運行信息序號信號名稱備注1裝置無功出力2裝置測量的風電場并網點電壓 3裝置并網點電壓序號信號名稱備注4裝置可增無功容量—5裝置可減無功容量6裝置投退信息0:未投運；1:投運7裝置增無功閉鎖信息0:未閉鎖；1:閉鎖8裝置減無功閉鎖信息0:未閉鎖；1:閉鎖系統向升壓站監控系統傳輸的控制指令見表B.7。表B.7系統向升壓站監控系統傳輸的控制指令序號信號名稱備注1集電線路饋線開關遙控指令1:閉合開關；0:跳開開關2電容器、電抗器遙控指令1:閉合開關；0:跳開開關3分接頭遙調指令1:分頭升；0:分頭降系統從升壓站監控系統接收的運行信息見表B.8。表B.8系統從升壓站監控系統接收的運行信息序號信號名稱備注1出線有功功率—2出線無功功率—3出線電流三相、三線4高壓側母線電壓三相、三線5主變高壓側電流三相、三線6主變高壓側有功功率一51G7主變高壓側無功功率8主變高壓側開關狀態1:閉合；0:斷開9主變低壓側母線電壓三相、三線主變低壓側電流三相、三線主變低壓側有功功率主變低壓側無功功率主變低壓側開關狀態1:閉合；0:斷開集電線路母線電壓三相、三線集電線路饋線電流三相、三線集電線有功功率集電線無功功率表B.8系統從升壓站監控系統接收的運行信息(續)序號信號名稱備注集電線路開關狀態1:閉合；0:斷開無功補償裝置無功功率—無功補償裝置開關狀態1:閉合；0:斷開主變分頭擋位主變擋位位置電容器/電抗器無功功率—電容器/電抗器開關狀態1:閉合；0:斷開低壓側PT斷線故障信號1:故障；0:正常低壓側母線單相接地故障信號1:故障；0:正常GB/T40600—2021(資料性)風電場參與電網一次調頻下垂曲線示例C.1一次調頻下垂特性通過設定頻率與有功功率折線函數實現，有功功率輸出值應滿足公式(C.1)。式中：P——有功功率輸出值，單位為兆瓦(MW);P?——有功功率初值，單位為兆瓦(MW);δ次調頻調差率，%;Pn——額定有功功率，單位為兆瓦(MW);f——系統頻率，單位為赫茲(Hz);fa——一次調頻死區，單位為赫茲(Hz);fn——系統額定頻率，單位為赫茲(Hz)。C.2圖C.1給出了風電場參與電網一次調頻的下垂曲線示意圖。圖C.1風電場參與電網一次調頻下垂曲線示意圖(資料性)D.1風電場有功功率控制性能指標計算D.1.1圖D.1給出了風電場有功功率控制性能指標示意圖。說明：tg.——有功功率開始調節時間；tpi——有功功率持續運行在允許范圍內的開始時刻；t,.2——有功功率調節結束時刻；P——有功功率；P?——有功功率初始值；P?——有功功率目標值；P,——在ts.?時刻獲得的有功功率測量值。圖D.1風電場有功功率控制性能指標示意圖D.1.2有功功率控制精度為有功功率控制目標值與運行在允許范圍內實際測量值的差值絕對值。D.2風電場無功功率控制性能指標計算D.2.1圖D.2給出了風電場無功功率控制性能指標示意圖。說明：ta.o——無功功率開始調節時間；ta.i——無功功率持續運行在允許范圍內的開始時刻；tq,2—