基于风电场的云平台集中调度管理系统

潘 嵩，鞠振河，赵 音

（1.沈阳工程学院a.研究生部；b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136；2.辽宁太阳能研究应用有限公司，辽宁 沈阳 110136）

风电作为目前世界上增长速度最快的清洁能源之一，其上网量不断增加，对电网的影响程度也逐步扩大。我国的风电事业已经向高能效、低成本的方向迈进。由于社会生产和人民生活对能源需求的日益提高，风能等可再生能源的大力发展又不能完全保证电能质量，这样的双重压力对电网造成了很大的影响，严重时导致电网瘫痪。为充分利用风能，使风电厂可以满负荷工作并提高发电企业的经济效益，同时灵活运用储能设备，在对风能的发电特性进行分析后发现，通过调度储能，可以使电网对风能等可再生能源的容纳程度有所提高。因此，将风电集中调度平台管理终端安装在风电场内，并与调度数据网相连，使采集数据能够传输给风电信息综合监控主站，进一步提高了应急处理能力，确保供电的安全性。

鹿婷［1］等人为解决风电系统的高比例接入而导致的输出功率的随机波动性对系统的经济调度产生影响的问题，利用储能平抑风电场功率波动的容量设计与控制策略，改进了原本的储能系统，在调度配比上提高了电网接纳新能源的能力。严毅［2］等人提出了一种微网复合储能的主动控制策略，从峰谷电价差的经济性和用户负荷需求等角度出发，实现了功率统一调配。白道华［3］结合某大型新能源公司对风电大数据生产调度平台所涉及的关键技术进行总结，提出了当前风电生产调度平台建设中存在的几个主要问题，如传感器等设备的可信度低，数据存储和计算无法满足大数据分析要求，数据采集指标数量不满足大数据分析要求，风电管理基础相对薄弱，数据分析标准匮乏等。

由于存储高电压的电池管理控制器的价格是随电压等级指数成倍提高的，因此本文基于物联网技术设计了一款调度管理系统，通过云平台的集中调度管理，将风电场的弃电进行分布式存储，降低储能设备的成本，并通过采集周期数据，在用电负荷高峰期并网发电，实现云平台集中调度管理。

1 云平台集中调度管理系统

1.1 储能控制系统

近年来，储能技术逐渐成熟，为可持续电力系统提供了新的运行模式。由于储能技术的灵活性等特点，充放电速度更快，对于风电的短时爬坡问题处理更及时，可解决风力发电的随机性和波动性对电力系统造成的不可忽视的负面影响。储能技术可随风量以及负荷的动态变化进行调度，使风电厂达到满负荷发电的目的。储能控制器的主机原理如图1所示。

图1 储能控制器主机原理

储能控制器的主机由并网逆变电路、充放电控制电路、主控制电路和蓄电池组组成。其中，除蓄电池组与充放电管理电路直接相连外、其他电路均通过RS485 总线进行通讯连接。为避免蓄电池的过放和过充电现象，在市电与蓄电池组间连接充放电管理电路。市电通过该电路对蓄电池组进行充电，蓄电池组通过该电路进行放电；同时，充放电管理电路的输出端与并网逆变器的输入端相连，只有通过并网逆变电路才能将电能传输至电网，从而实现市电与蓄电池组之间的电力传输。并网逆变电路与充放电管理电路均由主控制电路控制。

1.2 储能控制器

储能控制器的驱动流程及启动的逻辑理路包括3 个步骤：本地数据的获取、配置信息的获取以及循环周期。图2为储能控制器的驱动逻辑图。

1.2.1 本地数据的获取

系统通电后，通过主控制电路对逆变器和充放电控制器加以控制，获取系统当前时刻的状态，并对电路初始化。如判断逆变器是否正常工作，市电是否能通过控制器接入系统中，充放电控制器当前时刻运行状况，蓄电池当前电压等等。

图2 储能控制器驱动逻辑

1.2.2 配置信息的获取

配置主控制器端口，利用SIM800 芯片通过GPRS，使广域网与云端服务器相连。相连后，主控制芯片将本机ID 以及获取的本地数据发送至云服务器，并从云服务器中获得RTC时钟。RTC时钟作为标准的实时时钟，将获得的时间存储至本地处理器内，得到配置信息，即峰值电价、峰谷时段时长信息以及峰谷时段起止时间等数据。

1.2.3 循环周期

在每次循环开始时，处理器首先获取本地的RTC时间，通过对比云服务器配置的峰谷值时段信息，判断其处于哪一电价时间段［4］。当该时刻属于谷值电价时段，启动充电模式，对蓄电池进行储能，并停止并网；当该时刻属于平价电价时段，启动平价模式，不对蓄电池储能，也不并网；当该时段属于峰值电价时段，启动并网模式，停止对蓄电池储能，开始并网。通过这样的循环模式，可使风电场的经济效益达到最大化。模式切换结束后，通过RS485控制充放电控制器和并网逆变器的功率，并检测电池组的电源，计算出当前电池组的剩余容量。为了优化通讯数据量的管理，对每次循环进行计数，当循环次数达到15 次后上报一次数据，并重新校准RCT 时间及配置数据，保证及时更新数据，降低云服务器的线程占用。

1.3 主控制电路

主控制电路由微处理器部分、电源部分、RS485 总线部分和SIM800 部分组成，如图3 所示。微处理器电路选用高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3 系列处理器STM32F103ZET6，该处理器的最高主频为72 MHz，内部FLASH 为512 kB，内部RAM为64 kB，处理器供电为3.3 V，支持RTC时钟，采用144引脚封装形式，具有5个串行通讯端口。

图3 储能控制器主电路

2 云平台服务器

为提高用户侧负荷预测的精准度，对电力系统的负荷特性进行分析，并利用负荷特性对用户侧需求进行分析，调整调度储能系统的运行模式，提高调度储能设备的有效利用率。由于多种因素的影响，负荷随时会发生改变［5］。本系统采集了小区内用户的用电情况，对用户是否常年居住于家中，用电形式以及用电高峰时间等方面进行前期观测，采集负荷数据，通过云平台服务器对用户侧进行对比。例如晚间市电使用量增大，负荷增加，易跳闸，而同时间的风电与光伏的负荷并不大，弃风弃电问题严重［6］。因此，利用云平台集中调度管理系统令蓄电池组存电，将风电系统发出的过剩电能储存起来，必要时合理供能。

2.1 云平台服务器部署功能

该终端设备内设有SIM800 芯片，该芯片可与普通手机卡相连，在数据传输过程中消耗手机卡内的流量，通过GPRS 将数据传输至服务器中，利用阿里云或百度云来构建该终端设备所需的云平台服务器。构建服务器后，提供1个固定IP地址，将服务器端口部署到云服务器上。主要部署功能如下：

首先，设置1 个监听端口，SIM800 端向服务器传输数据，数据地址为云平台服务器的固定IP 地址；其次，继续上传数据，确保监听端口可接收到该数据，并将其传入到SIM800端口，根据终端以及服务器发出的数据协议对数据进行解调，将所需数据解调出来；最后，将数据分段，分析出并网时间以及数据当前所处状态之后，保存至云平台服务器的数据库中，通过HTML5（H5）连接前端网页与数据库，当打开网页后，可自动调取数据库内的数据并在前端显示。同理，若在手机上应用云平台服务器调用数据，则根据该原理制作云平台APP。

2.2 云平台服务器类别

服务器分为两种：一类是http，另一类为TCP/IP。

常用的服务器为http，其优势在于所接收的数据可与终端断开，可被多个用户访问，同时将多个用户与服务器相连，对服务器硬件资源要求较小，节省流量；缺点在于不能实时刷新，将数据发送给服务器后，便与服务器断开，间隔5 min～10 min 后再与服务器相连，输送数据，实时性较差。而TCP/IP服务器的终端与服务器时刻保持连接，若长时间不收发数据，网络协议或服务器侧会将终端清除，若采用多终端与服务器同时相连，则需求会增多，要对服务器定期发送心跳包，才能保持与服务器的时时连接。

本文所设计的云服务平台使用了http 服务器。通过登陆固定IP 地址，应用SIM800 对其进行控制。SIM800 将数据传输到服务器中，再登陆到另一网页观察服务器是否有新的配置数据。新网页服务器将新数据下发至端口，通过数据对比判断是否需要重新配置。若无需重新配置，则下一周期再重新上传数据进行对比。该云平台服务器的优势在于流量需求少，服务器硬件要求低，经济性好。

3 结论

本文设计了一款风电场的云平台集中调度管理系统，分别介绍了储能控制系统的主机构成、储能控制器的驱动逻辑和主控制电路。与传统的储能系统相比，该系统连接云服务器，利用SIM800芯片通过广域网与云端服务器相连，通过得到的RTC时钟判断时间区域，所得数据进入循环对比过程，以此对谷值电价时段、平价电价时段、峰值电价时段进行判定。云平台集中调度管理系统具有更好的动态性能，当风电并网发生扰动时能够及时响应，保证电网稳定运行，具有更强的抗干扰能力，有效地解决了风电产能过剩和不足的问题。