可实现快速响应及同步数据采集的风电场监控网络

［摘要］：风电场的集群控制是保障电网的安全运行、实现风场总功率的优化以及提高风电场整体电能质量的有效手段。Beckhoff的EtherCAT实时风场监控网络在风场网络通信的高速响应方面设立了新标准。基于EtherCAT的风场网络可以测量风电场并网点电流和电压的瞬时值，并且采样速率可达到10KHz。如果风电场并网点出现电压跌落，系统能够在最短的时间内监测电压跌落数据，并且在1ms之内调整网络中的所有风力发电机组给定值。通过 EtherCAT分布式时钟，所有测量值以及控制给定值的同步时间误差＜1μs。另外，通过EtherCAT风场网络可以得到整个风场中所有风机的同步测量数据，具有同步特性的风场大数据的采集为整个风电场的能量控制、监控与预警和风机功率提升等提供更有力的支撑。

［关键词］：风电场控制 同步大数据采集 EtherCAT

作者：刘懿 王宁强， 德国倍福自动化有限公司 北京 100044

中图分类号：TM614;TP392;TP393.04

0 引言

随着近年来风力发电装机容量的不断提升，风力发电占所在电网的比例也随之持续增加。众所周知，风能具有高度的随机波动性与间歇性，所以大规模的风电接入会对电力供需平衡、电力系统的安全以及电能质量带来诸多严峻的挑战。2011年初发生在甘肃酒泉等地的多起脱网事故也说明了制定风电并网规范的紧迫性。因此,国家电网提出了风电场接入电网的技术规定，由此产生了电网友好型风机和风电场的概念：风机具有有功、无功调节和低电压穿越能力，确保电网发生波动时风机不解列;②集中优化配置有功功率和无功功率控制系统，实现风机的远程调节控制。

基于以上要求，不少整机制造商提出了智能风电场的概念，通过风电场网络能够远程集中监控风机和风电场的运行，并能实时的对功率进行控制，从而充分发挥风机自身的潜力为电网提供有力的支持。满足上述要求就需要高性能的风场级控制器、相应的电力测量设备和快速的现场总线。

1风电场接入电力系统的现状

1.1 国家标准中关于风电场的要求

《GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术》[1]中明确了风电场接入电力系统的测试内容：①风电场有功/无功控制能力测试。②风电场电能质量测试，包含闪变和谐波。③风电机组低电压穿越能力测试;风电场低电压穿越能力验证。④风电机组电压、频率适应性测试;风电场电压、频率适应性测试验证。

《GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术》中要求最高的是风机的低电压穿越能力和风电场的低压电压穿越能力和动态无功支撑能力。这些的要求都需要风场级的控制系统的响应时间在ms级别。这是对整个风场级别的控制，而不是单个风机的控制。a) 风机的低电压穿越能力(LVRT)

风电场并网点电压跌至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。电力系统发生不同类型故障时，若风电场并网点考核电压全部在图1中电压轮廓线及以上的区域内，分店机组必须保证不脱网运行;否则，允许风电机组切出。

图1 风电机组低电压穿越要求

b) 风场的动态无功支撑能力

总装机容量在百万千瓦级规模及以上的风电群，当电力系统发生三相短路故障引起电压跌落时，每个风电场在低电压穿越过程中应具有以下动态无功支撑能力：当风电场并网点电压处于标称电压的20%~90%区间内时，风电场应能够通过注入无功电流支撑电压恢复，所需的无功电流取决于电压跌落的深度且必须取决于风力发电机组或电网并网点的要求;子并网点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时间应不小于550ms。