《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》是國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇方天電力技術有限公司、常州齊泰電氣製造有限公司於2014年5月21日申請的專利，該專利的公布號為CN104007341A，授權公布日為2014年8月27日，發明人是范子愷、翟學鋒、李辰龍、徐鋼、顧文、徐泳淼、李淑君、杜先波。
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》公開了一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法，測試系統包括調度指令解析模組、指令實時接收模組、裝置啟動模組、模擬量採集模組、分析計算模組、時鐘模組、數據輸出模組和波形繪製模組。測試方法包括步驟（1）接收調度控制中心下發的目標指令信號；（2）採集風電場的電壓電流信號數據；（3）根據採集的電壓電流信號計算風電場有功、無功、功角值；（4）將接收的目標指令信號與採集、計算的數據在時間信號下同步輸出；（5）根據時間坐標下的相關數據繪製波形並輸出。該發明採用統一時鐘模組將目標指令信號與採集、計算的風電場信號同步輸出，可準確比較目標值、實測值與計算值，避免數據不統一的錯誤，提高了風電場涉網試驗準確性。
2020年7月14日，《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法
- 申請人：國家電網公司、江蘇省電力公司、江蘇方天電力技術有限公司、常州齊泰電氣製造有限公司
- 申請日：2014年5月21日
- 申請號：2014102160895
- 公布號：CN104007341A
- 公布日：2014年8月27日
- 發明人：范子愷、翟學鋒、李辰龍、徐鋼、顧文、徐泳淼、李淑君、杜先波
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- Int. Cl.：G01R31/00(2006.01)I
- 代理機構：南京縱橫智慧財產權代理有限公司
- 代理人：董建林、汪慶朋
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著世界經濟的迅猛發展，人類對能源的需求快速增長，能源產業也有了所未有的規模發展。以煤炭、石油作為主要一次能源，不僅使人類社會面臨著常規能源枯竭的問題，還引起了全球氣候變暖和日益嚴重的環境污染問題，對自然生態系統、社會經濟和人類健康構成了嚴重威脅。開發利用新能源已經成為世界能源可持續發展戰略的重要組成部分。
2014年前，風力發電是可再生能源開發利用中技術最成熟、最具開發規模和最具商業化發展前景的發電形式。風力發電在減輕環境污染、調整能源結構、促進可持續發展等方面的突出作用；此外，風電與火電、水電、核電相比，建設周期短、見效快，因此風電成為世界上增長最快的清潔能源，具有廣闊的發展前景。中國政府先後頒布了多項激勵風力發電發展的政策法規，有力地促進了中國風力發電的發展。2010年上半年國家能源局基本明確：2015年全國風電規劃裝機9000萬千瓦（含海上風電500萬千瓦），2020年全國風電規劃裝機1.5億千瓦（含海上風電3000萬千瓦）。
風電通過電網傳輸，根據電力行業相關要求與技術規範，風電場在正式投運前及運行中均需要進行一系列的風電場涉網試驗，以確保風電機組和電網的安全穩定運行。其中，根據電力調度控制中心下發的目標指令，風電場進行的有功、無功控制能力測試尤其重要。風電場涉網試驗是風電場調試、運行中的重要步驟，也是評估風電場運行狀態、判斷風電場併網運行能力的重要依據。在進行風電場有功、無功控制能力測試等涉網試驗時，需要將風電場數據波形與調度下發目標值進行比較分析，以此作為其控制與調節能力的判斷依據。
2014年前，各類風電場涉網試驗測試系統只能採集風電場的現場數據，給出現場相關參數的數據與波形；再將其輸出數據、波形與調度目標指令進行對比，這種試驗方法造成兩個主要問題：一是無法及時、直觀的看出目標值與實測值之間的關係，不僅給涉網試驗帶來不便，還會因控制調節評估難度增大而給風電機組與電網安全帶來隱患；二是涉網試驗結果存在誤差甚至錯誤，可能因時鐘不統一、數據不同步、幅值不對應等原因造成試驗分析結果的誤差或錯誤，影響涉網試驗的質量。
發明內容
專利目的
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》目的是提供一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法，實現調度目標數據與現場實測數據的實時比對輸出，即保證了涉網試驗結果的準確性，又可直觀輸出同一時間坐標下的調度目標數據值與現場實測數據值。
技術方案
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》是通過如下的技術方案來實現：
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》的一種風電場涉網試驗智慧型測試系統，包括調度指令解析模組，用於對規約報文進行全過程的解析，由一個獨立的偵聽執行緒監聽調度報文，並在大量的報文中篩選出調度控制中心下發的目標指令信號，並傳送至指令實時接收模組；同時解析遙調量變化，將解析變化結果傳送至裝置啟動模組；
裝置啟動模組，用於接收到調度指令解析模組發出的解析變化結果，當變化結果滿足設定要求時，發出啟動信號至指令實時接收模組與模擬量採集模組；
指令實時接收模組，用於同時接收裝置啟動模組發出的啟動信號和調度指令解析模組的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0；當接收到啟動信號後，將採集的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0輸出至時鐘模組；
模擬量採集模組，用於同時接收裝置啟動模組發出的啟動信號和系統外部的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1；當接收到啟動信號後，將採集的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1輸出至模數轉換模組；
模數轉換模組，用於接收模擬量採集模組發出的電壓模擬量信號U1、風電場電流I1，經模組中的模數轉換單元後得到電壓數字量U和電流數字量I，同時輸出至分析計算模組和時鐘模組；
分析計算模組，用於根據電壓數字量U和電流數字量I進行分析計算，得出有功值P、無功值Q和功角φ，輸出至時鐘模組；分析計算的方法為2014年之前的技術此處不再贅述。
時鐘模組，用於分別接收來自指令實時接收模組的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0，模數轉換模組的電壓數字量U、電流數字量I，分析計算模組的有功值P、無功值Q和功角φ，將以上數字量信號統一在時間序列下，得到時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並輸出至數據輸出模組；和數據輸出模組，用於將時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ通過輸出接口輸出至系統外部；
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》還包括波形繪製模組，接收時鐘模組輸出的時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並根據實際需要與設定，繪製並輸出時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ波形。
上述裝置啟動模組包括開關輸入量迴路和開關輸出迴路（開關輸入量迴路、開關輸出迴路均為2014年之前的電路，兩者之間的連線關係也為2014年之前的技術，即2014年之前的的輸入輸出接口），開關輸入量迴路接入調度控制中心下發的目標指令信號，開關輸出迴路連線指令實時接收模組與模擬量採集模組，啟動其接收和採集功能。
上述時鐘模組中數字量輸入連線埠接收指令實時接收模組、模數轉換模組、分析計算模組的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，在統一時鐘下同步以上數位訊號量，實現不同信號在同一時間坐標下的同步輸出。
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》的測試方法，具體包括以下幾個步驟：
（1）調度指令解析模組接收並解析調度控制中心下發的目標指令信號，目標指令信號包括有功遙調量P0和無功電壓遙調量U0，解析變化量結果觸發裝置啟動模組，將啟動信號同時發至指令實時接收模組和模擬量採集模組；
（2）指令實時接收模組收到啟動信號後，開始接收調度指令解析模組發出的目標指令信號，並提供給時鐘模組；
（3）模擬量採集模組收到啟動信號後，採集系統外部的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1，並提供給模數轉換模組；模數轉換模組對風電場電流I1、電壓模擬量信號U1進行模數轉換得到電壓數字量U和電流數字量I，同時發至分析計算模組和時鐘模組；分析計算模組根據電壓數字量U和電流數字量I計算得出有功值P、無功值Q和功角φ，提供給時鐘模組；
（4）時鐘模組將以上不同模組提供的數字量信號在同一時鐘坐標t下進行統一，得到時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，然後將時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ提供給數據輸出模組；數據輸出模組通過輸出接口輸出至系統外部。
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》還包括步驟（5），波形繪製模組接收時鐘模組輸出的時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並根據實際需要與設定，繪製並輸出時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ波形。
改善效果
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》可進行風電場涉網試驗與智慧型檢測，實現調度目標數據與現場實測數據的實時比對輸出，既保證了涉網試驗結果的準確性，又可直觀輸出同一時間坐標下的調度目標數據值與現場實測數據值，提高了風電場涉網試驗準確性和檢測風電場有功、無功控制的能力。
附圖說明
圖1為《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》的系統框圖；
圖2為《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》的實施技術方案圖；
圖3為《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》的實施方案系統工作流程圖；
圖4為某風電場電氣接線圖；
圖5為人工手動下發目標值的電流、有功功率的波形圖；
圖6為風場無功電壓上調曲線圖。
技術領域
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》涉及一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法，屬於風電場涉網試驗技術領域。
權利要求
1.一種風電場涉網試驗智慧型測試系統，其特徵在於，包括調度指令解析模組，用於對規約報文進行全過程的解析，由一個獨立的偵聽執行緒監聽調度報文，並在大量的報文中篩選出調度控制中心下發的目標指令信號，並傳送至指令實時接收模組；同時解析遙調量變化，將解析變化結果傳送至裝置啟動模組； 裝置啟動模組，用於接收到所述調度指令解析模組發出的解析變化結果，當變化結果滿足設定要求時，發出啟動信號至指令實時接收模組與模擬量採集模組； 指令實時接收模組，用於同時接收所述裝置啟動模組發出的啟動信號和調度指令解析模組的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0；當接收到啟動信號後，將採集的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0輸出至時鐘模組； 模擬量採集模組，用於同時接收所述裝置啟動模組發出的啟動信號和系統外部的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1；當接收到啟動信號後，將採集的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1輸出至模數轉換模組； 模數轉換模組，用於接收所述模擬量採集模組發出的電壓模擬量信號U1、風電場電流I1，經模組中的模數轉換單元後得到電壓數字量U和電流數字量I，同時輸出至分析計算模組和時鐘模組； 分析計算模組，用於根據電壓數字量U和電流數字量I進行分析 計算，得出有功值P、無功值Q和功角φ，輸出至時鐘模組； 時鐘模組，用於分別接收來自所述指令實時接收模組的有功遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0，所述模數轉換模組的電壓數字量U、電流數字量I，所述分析計算模組的有功值P、無功值Q和功角φ，將以上數字量信號統一在時間序列下，得到時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並輸出至數據輸出模組； 和數據輸出模組，用於將時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ通過輸出接口輸出至系統外部。
2.根據權利要求1所述的風電場涉網試驗智慧型測試系統，其特徵在於，
還包括波形繪製模組，接收所述時鐘模組輸出的時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並根據實際需要與設定，繪製並輸出時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ波形。
3.根據權利要求1所述的風電場涉網試驗智慧型測試系統，其特徵在於，所述裝置啟動模組包括開關輸入量迴路和開關輸出迴路，所述開關輸入量迴路接入調度控制中心下發的目標指令信號，所述開關輸出迴路連線指令實時接收模組與模擬量採集模組，啟動其接收和採集功能。
4.根據權利要求1所述的風電場涉網試驗智慧型測試系統，其特徵在於， 所述時鐘模組中數字量輸入連線埠接收指令實時接收模組、模數轉 換模組、分析計算模組的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，在統一時鐘下同步以上數位訊號量，實現不同信號在同一時間坐標下的同步輸出。
5.根據權利要求1所述的風電場涉網試驗智慧型測試系統的測試方法，其特徵在於，具體包括以下幾個步驟：
（1）所述調度指令解析模組接收並解析調度控制中心下發的目標指令信號，所述目標指令信號包括有功遙調量P0和無功電壓遙調量U0，解析變化量結果觸發所述裝置啟動模組，將啟動信號同時發至所述指令實時接收模組和模擬量採集模組；
（2）所述指令實時接收模組收到啟動信號後，開始接收所述調度指令解析模組發出的目標指令信號，並提供給時鐘模組；
（3）所述模擬量採集模組收到啟動信號後，採集系統外部的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1，並提供給模數轉換模組；所述模數轉換模組對風電場電流I1、電壓模擬量信號U1進行模數轉換得到電壓數字量U和電流數字量I，同時發至所述分析計算模組和時鐘模組；所述分析計算模組根據電壓數字量U和電流數字量I計算得出有功值P、無功值Q和功角φ，提供給所述時鐘模組；
（4）所述時鐘模組將以上不同模組提供的數字量信號在同一時鐘坐標t下進行統一，得到時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，然後將時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ提供給所述數據輸出模組；所述數據輸出模組通過輸出接口輸出至系統外部。
6.根據權利要求5所述的風電場涉網試驗智慧型測試系統的測試方法，其特徵在於， 還包括步驟（5），所述波形繪製模組接收時鐘模組輸出的時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ，並根據實際需要與設定，繪製並輸出時間t坐標下的數位訊號量P0、U0、U、I、P、Q、φ波形。
實施方式
風電場涉網試驗智慧型測試系統，如圖1所示，包括：調度指令解析模組，對IEC60870-5-104等多種規約報文進行全過程的解析，由一個獨立的偵聽執行緒監聽該調度報文，並在大量的報文中篩選出調度中心下發的有效遙調報文，並傳送至指令實時接收模組；同時解析遙調量變化，將解析變化結果傳送至裝置啟動模組。
裝置啟動模組，接收到調度指令解析模組發出的解析變化結果，當變化結果滿足設定要求時，發出裝置啟動信號至指令實時接收模組與模擬量採集模組。
指令實時接收模組，同時接收裝置啟動模組發出的啟動信號和調度指令解析模組的數字量有功電壓遙調量信號P0、無功電壓遙調量信號U0；當接收到啟動信號後，將採集的P0、U0信號輸出至時鐘模組。
模擬量採集模組，同時接收裝置啟動模組發出的啟動信號和裝置外部的風電場電流I1、電壓模擬量信號U1；當接收到啟動信號後，將採集的風電場電流I1、電壓信號U1輸出至時鐘模組和分析計算模組。
模數轉換模組，接收模擬量採集模組發出的模擬量電壓U1、電流I1，經模組中的數模轉換單元後得到電壓數字量U和電流數字量I，同時輸出至分析計算模組和時鐘模組。
分析計算模組，根據電壓數字量U和電流數字量I進行分析計算，得出有功值P、無功值Q和功角φ，輸出至時鐘模組。
時鐘模組，分別接收來自指令實時接收模組的P0、U0，數模轉換模組的U、I，分析計算模組的P、Q、φ，將以上數字量信號統一在時間序列下，得到時間t坐標下的P0、U0、U、I、P、Q、φ，並同時輸出至數據輸出模組和波形繪製模組。
數據輸出模組，將時間t坐標下的數字量P0、U0、U、I、P、Q、φ通過輸出接口輸出至裝置外部。
波形繪製模組，根據實際需要與設定，繪製並輸出時間t坐標下的P0、U0、U、I、P、Q、φ波形。
裝置啟動模組中開關輸入量迴路接入調度下發的數字量信號，開關輸出迴路分別連線指令實時接收模組與模擬量採集模組，啟動其接收和採集功能。
時鐘模組中數字量輸入連線埠接收指令實時接收模組、模數轉換模組、分析計算模組共3個模組的7個數字量信號，在統一時鐘下同步以上信號量，實現不同信號在同一時間坐標下的同步輸出。
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》還提供一種風電場涉網試驗智慧型測試方法，包括如下步驟：
（1）接收並解析調度控制中心下發的指令信號，包括有功遙調量和無功電壓遙調量，變化量解析結果觸發裝置啟動模組，將裝置啟動信號同時發至指令實時接收模組和模擬量採集模組；
（2）指令實時接收模組收到啟動信號後，開始接收調度指令實時接收模組發出的調度目標指令信號P0、U0，並提供給時鐘模組；
（3）模擬量採集模組收到啟動信號後，採集風電場現場模擬量數據電壓U1、電流I1，並提供給模數轉換模組。模數轉換得到的電壓數字量U和電流數字量I同時發至分析計算模組和時鐘模組。分析計算模組根據U、I計算得出有功P、無功Q和功角φ，提供給時鐘模組；
（4）時鐘模組將以上不同模組提供的數字量在同一時鐘坐標t下進行合併、統一，將時間t坐標下的P0、U0、U、I、P、Q、φ提供給數據輸出模組和波形繪製模組。數據輸出模組和波形繪製模組，根據實際需要與設定，輸出時間t坐標下P0、U0、U、I、P、Q、φ的相關數據或波形。
步驟（1）中，調度目標指令遙調信號啟動風電場涉網試驗智慧型測試系統，實現調度遠方開啟並控制風電場涉網試驗智慧型測試系統的錄波等功能。
步驟（4）中，將調度下發的目標指令數字量信號與風電場現場採集的模擬量信號及其分析計算結果在時鐘模組中同步，實現現場試驗結果與調度目標指令的對比輸出功能。
圖2為實施技術方案圖，圖3為實施方案系統工作流程圖，調度傳送調節指令至風電場的能量管理系統，能量管理系統收到指令經過計算、按調節策略傳送給各個管理系統，最後由管理系統下發給風機組、SVG/SVC（無功補償裝置）執行。智慧型測試儀通過報文直接讀取調度下發指令曲線，有效、直觀的測試風電場有功、無功控制能力及回響時間。
正式試驗前，與風電場能量管理系統廠家協商好通訊連線埠IP、通訊連線埠及通訊規約、設定值的轉換係數。在測試儀上位監控管理機軟體中將對應的“遠方軟啟動IP”和“連線埠”設定成與該參數一致。
程式啟動後，自動根據設定好的IP及連線埠與風電場能量管理系統建立通訊連結，由一個獨立的偵聽執行緒監聽該鏈路上的報文。
根據現場接線情況設定好模擬採集通道及其計算通道、遙調信號規約類型、數據類型、信息體地址等參數，並根據與風電場能量管理系統廠家的協商結果設定好信號的乘因子與加因子（由乘因子和加因子將數據轉換成對應的設定值）。
設定完成後啟動錄波，此時測試儀的AD採集執行緒開始工作，錄波界面上開始實時繪製風場的電壓、電流、功率變化曲線，並進入預錄模式，同時，根據遙調指令，解析出目標設定值，將其也作為一根曲線（採樣率與AD採集一致）繪製在同一畫面上，當偵聽執行緒接收到設定為觸發信號的遙調指令時，自動觸發後續錄波。由於AD採集執行緒跟遙調指令偵聽執行緒是完全並列同步運行，所以時間上可以說是完全同步的。錄波結束後，通過調整對比風電場的實時有功、無功電壓等曲線與調度目標設定值曲線，能方便、準確、及時、直觀的看到各遙調量與實測值趨勢對比，為涉網試驗提供依據。
圖4為方案實施測試的某風電場電氣接線圖。
圖5為人工手動下發目標值的電流、有功功率的波形圖，圖中黃、綠、紅三條波形分別表示A、B、C三相電流值，藍色波形代表有功功率值，黑色波形表示調度手動下發的有功功率目標值。省調機構人工手動每隔4分鐘對#2主變下的運行風機下達一次有功目標值，通過圖5可以發現，因人工控制下達指令，所以每次下達的指令之間會存在人為的時間誤差，但風機系統對省調的調節指令執行還是準確的，實測電流和有功功率的變化曲線均能反應出有功功率由80%的額定值降至20%額定值，再由20%額定值升至80%的額定值。
圖6為風場無功電壓上調曲線圖，風場電壓向上調節流程說明：1）A點收到調度上升2千伏的指令；2）經過6.7秒的計算和指令傳輸後TCR開始調節（B點），直至SVC無功輸出為0Mvar（C點）；3）當SVC無功輸出為0Mvar時，開始調節風機組的無功輸出，快速的將風機組的感性無功輸出降至0Mvar（D點）；4）風機組感性無功輸出降至0Mvar後，SVC繼續調節，輸出容性無功，進過多輪的計算和調節到達E點。電壓達到調節目標值，調節完成；5）E點再次收到調度上升1.8千伏的指令；6）經過一輪SVC的調節，到達F點後開始調節風機組，風機組開始輸出容性無功；7）風機輸出容性無功達到上限後，SVC再次開始調節（G點）；8）SVC經過幾次調節後，雖然併網點電壓沒有到達目標值，但SVC容性無功都也達到輸出上限，因此停止調節。
《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》首次提出利用通訊報文觸發測試風電場回響時間的方法，所採取的的風電場涉網試驗智慧型測試裝置和方法，由於採用統一時鐘模組將調度目標指令信號與採集、計算的風電場信號同步輸出，可以準確比較目標值、實測值與計算值，避免數據不統一的錯誤，提高風電場涉網試驗準確性和檢測風電場有功、無功控制的能力。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種風電場涉網試驗智慧型測試系統及其方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
