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一次調頻裝置
產品時間：2024-06-06
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(tǒng)帶來了巨大的調峰壓力，增加了電網系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素。因此，有必要對新能源廠站安裝一次調頻裝置。
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(tǒng)帶來了巨大的調峰壓力，增加了電網系統(tǒng)的不穩(wěn)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(fā)的，是為實現(xiàn)風電場或光伏電站一次調頻響應控制而研制的專用系統(tǒng)和設備，能夠實時監(jiān)測電網系統(tǒng)頻率，電網頻率越時限，ST-730裝置啟動頻率響應模式，迅速協(xié)調新能源場站有功輸出，快速實現(xiàn)對電網頻率的有效控制。
產品規(guī)格
實機圖：
結構尺寸：
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(tǒng)采用實時Linux系統(tǒng)，搭載最新的QTouch自主可控跨平臺組態(tài)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(tǒng)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(shù)據錄波功能，具有電能量統(tǒng)計、諧波采集、快速電壓波動、電壓暫變、動態(tài)捕捉等強大的電網數(shù)據分析能力；具有SOE記錄、故障錄波、穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)/瞬態(tài)電能質量、多路DO輸出等特色功能，功能強大。
系統(tǒng)內置一臺17寸的可觸摸顯示器，以及一臺工業(yè)級數(shù)據交換機，顯示器通過QTouch圖形界面顯示系統(tǒng)一次接線圖及系統(tǒng)參數(shù)信息，便于用戶實時查看監(jiān)控系統(tǒng)，工業(yè)交換機用于對接調度數(shù)據網和廠站數(shù)據網。
系統(tǒng)功能
主要功能
仿照常規(guī)電源機組一次調頻功能，在新能源場站有功控制系統(tǒng)中實現(xiàn)有功-頻率下垂特性控制，實現(xiàn)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(tǒng)頻率發(fā)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(shù)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(guī)約進行時鐘同步。
（5） 具備MODBUS、IEC60870、IEC61850等電力規(guī)約，可與AGC系統(tǒng)、EMS及逆變器實現(xiàn)數(shù)據通訊。
（6） 可與遠動系統(tǒng)通訊上傳數(shù)據至調度主站，進行數(shù)據交互。
（7） 可與AGC控制相協(xié)調，有功功率的控制目標應為AGC指令值與一次調頻調節(jié)量代數(shù)和。
（8） 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。
（9） 具有日志記錄，統(tǒng)計功能，可以查詢一次調頻動作次數(shù)，響應出力等信息。
快速調頻響應功能
新能源（風電場、光伏發(fā)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(tǒng)或加裝獨立控制裝置來實現(xiàn)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(jié)，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(jié)（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(shù)實現(xiàn)，即：
以本技術要求推薦一次調頻技術參數(shù)設定值為例，一次調頻死區(qū)設定0.05Hz，調差系數(shù)設定5%，一次調頻功率上調節(jié)最大功率限幅設定為6% P N ，一次調頻功率下調節(jié)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：
快速頻率響應技術指標
響應滯后時間thx：自頻率越過光伏電站調頻死區(qū)開始到發(fā)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(qū)開始，至有功功率調節(jié)量達到調頻目標值與初始功率之差的90%所需時間。
調節(jié)時間ts：自頻率超出調頻死區(qū)開始，至有功功率達到穩(wěn)定（功率波動不超過額定出力±1%）的最短時間。
對于調節(jié)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：
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(jié)時間不大于15s；
光伏電站一次調頻響應時間不大于5s，調節(jié)時間不大于15s。
通信接口
系統(tǒng)與光伏電站/風電場能量管理系統(tǒng)通信采用網絡通信接口，通信規(guī)約推薦使用IEC60870-5-104規(guī)約。
圖形監(jiān)控軟件
系統(tǒng)可通過曲線、棒圖、餅圖等顯示方式來觀察數(shù)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(tǒng)計值的顯示（平均值、最大值及發(fā)生時間、最小值及發(fā)生時間等）；
系統(tǒng)提供界面支持對系統(tǒng)參數(shù)配置的讀取、修改、更新，包括通信參數(shù)、信息點表、安全約束條件、死區(qū)范圍、超時時間等；
系統(tǒng)提供對裝置所有通信接口（串口、以太網口）的通信監(jiān)視功能。
性能指標
控制性能指標
一次調頻死區(qū)：風電場站一次調頻的死區(qū)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(qū)宜設置為±0.02～0.05Hz，推薦設定值為±0.05Hz。
一次調頻調差系數(shù)：新能源場站一次調頻調差系數(shù)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(tǒng)頻率低于額定頻率并越過一次調頻死區(qū)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(jié)量達到設定值時可不再繼續(xù)增加，一次調頻功率上調節(jié)限幅推薦設定值為6%Pn；
b) 當系統(tǒng)頻率高于額定頻率并越過一次調頻死區(qū)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(jié)量達到設定值時可不再繼續(xù)減少，一次調頻功率下調節(jié)限幅推薦設定值為10%Pn。
一次調頻動態(tài)指標：
頻率階躍試驗中，一次調頻動態(tài)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(jié)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(jié)時間不大于15s。
一次調頻控制偏差：在頻率偏離死區(qū)出力穩(wěn)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。
裝置的物理及環(huán)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(wěn)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(tǒng)和強電系統(tǒng)進行隔離，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(tài)監(jiān)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(xù)不間斷運行。
運行可靠性
1）MTBF＞45000小時；
2）使用壽命＞15年。
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(shù)據傳輸正確性。
絕緣性能
1）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。
2）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；
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。
工作環(huán)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。
參考標準
1）并網電源一次調頻技術規(guī)定及實驗導則》GB/T 40595-2021；
2）《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》GB/T 19963-2011；
3）《電力系統(tǒng)網源協(xié)調技術規(guī)范》DL/T 1870-2018。