调度接口 篇1
随着智能电网建设的深入，分布式发电(Distributed Generation,DG)[1]正逐渐取代原有的小火电、柴油机等发电方式，并有望替代一部分传统火力和水力发电。DG在我国的趋势之一，是由原来的小容量低电压等级并网逐渐向大规模高电压等级并网发展。同时，DG的选址也逐渐由内陆向近海甚至深海区域发展。然而，为电网带来清洁能源电力的同时，DG也带来了一些负面影响[1,2,3,4]。其中，风电、太阳能发电等间歇型DG为电网的运行带来了更多的不确定性，对电网的运行调度，运行安全提出了严峻的挑战[2,3]。
风电场无功运行和电压调节是目前电网运行调度最关注的问题之一。文献[4]运用静止同步补偿器和风机调整风电场发出的无功，使无功达到调度部门要求的无功值。文献[5]基于双馈风机的静态数学模型以及风电场电缆线路的π型等值电路，运用静止同步补偿器和风机的无功调节能力，提出风电场的无功控制策略。文献[6]基于异步风机的静态模型构建多目标无功优化模型，并运用遗传内点算法进行求解。
在已有研究的基础上，本文将对一些国家的风电场并网导则中关于无功运行和电压调节部分进行有针对性的综述，并提出一种配合调度运行的风电场无功运行接口。最后，通过算例验证该接口的可操作性和实用性。
1 风电场并网无功电压导则评述
1.1 我国风电接入系统技术规定
我国关于风电场并网的国家标准为2011年发布的GB/T-200《风电场接入电力系统技术规定》[7](下文称“国标”)，用以替代原有的GB/Z19963-2005[8]。国标要求风电场应尽量利用自身的无功调节能力，必要时配置无功补偿设备以保证满足风电场自身、升压变电站以及接入线路的无功需求，并保持并网点电压符合电网电压运行要求。同时，风电场安装的变速恒频风机的功率因数应在超前0.95～滞后0.95之间动态可调。
1.2 欧洲风电并网导则
相比世界上其他地区，欧洲电网具有更丰富的风电运行经验，对风电场并网的无功运行和电压调节的要求也更加具体。
德国电网要求风电场应设法使并网点(当存在升压站时指其高压侧)的功率因数根据并网点电压的变化运行于一个特定的运行区域内[9,10]。该运行区域如图1(a)所示。此外，对海上风电的单台机组，文献[8]要求其功率因数和无功输出应根据有功输出而处于图1(b)所示的运行区域内。丹麦电网要求风电场应装设无功补偿设备，以保证并网点(当存在升压站时指其低压侧)的无功输出根据有功输出应满足图1(c)所示的运行区域。同时，还规定了严格的并网点电压上下限[11]。对于无功可控的风电场，爱尔兰电网要求其并网点(当存在升压站时指其低压侧)的功率因数和无功输出应根据有功功率的变化运行于一个指定的区域内[12]，该区域如图1(d)所示。同时还应保证电压满足电网电压运行上下限要求。
1.3 其他主要国家
相比欧洲主要风电国家，美国和加拿大电网对风电并网关于无功运行的规定与中国较为接近。美国电网要求风电场并网点的功率因数应在滞后0.95到超前0.95之间，并确保电压符合电网电压运行要求[13]。加拿大电网要求风电场并网点的功率因数应在滞后0.95到超前0.9之间，同时保证电压处于合格范围内[14]。
1.4 小结与思考
综上所述，可以看出在稳态工况下，风电场及其风机的无功运行主要有三种方式(表1)。
三种运行方式中，只有方式三考虑了风电场主动参与电网电压调节，但是当有功输出很小时该方式控制精度很低。而方式一、二对风电场的要求较为宽松，很可能造成风电场无功运行的无目的性，增加了调度运行决策的难度。对由于风电的渗透率逐年增大，风电对电网电压的影响也将越来越大[15,16]，风电场的无功运行应侧重于减小风电场对电网电压的影响，提高风电场主动调压的能力，降低电网电压调度决策的难度，即要求风电场的无功运行要与电压调度相配合。
2 调度配合型无功运行接口
鉴于当前风电场无功运行方式缺乏与电网调压的配合，使得无功运行存在很大的随机性，对电网造成较大影响。对此。本文提出一种风电场的调度配合型的无功运行接口(Interface of Var Operation Coordinated with Dispatch,IVOCD，致力于降低风电无功运行的随机性和电网电压波动。
风电场的无功控制系统是快速、在线的，而调度部门的决策是离线、相对较慢的，因此，必须在两者之间建立IVOCD接口，使得调度部门的决策能够反映到风电场的无功控制系统的控制中去。IVOCD的原理图如图2所示。
图中，U为并网点电压，UMax、UMin依次为风电场并网点运行电压的规定上下限，UObj为并网点的理想电压值，K为风电场调压系数，ΔUMax、ΔUMin表示调度规定的风电场应当具有的最大、最小调压能力。UObj为并网点的理想电压值。一般情况下，UObj取UMax、UMin的平均值以保证风电场电压具有最高的电压安全裕度。Pi为第i台风电机的实发有功，Qi为第i台风电机分配到的无功需求。
由图2可知，IVOCD由两个环节组成，分别为1)风电场总无功需求运算环节，用于计算当前电压下风电场的无功需求;2)风电机无功需求分配环节，用于分配每个风电机应当发出或吸收的无功功率。下文将详细介绍两个环节的数学模型。
2.1 总无功需求运算环节的数学表示
由文献[15,16]可知，在高压电网中，有功对电压的影响很小，风电场的无功输出与电网电压近似成正比，即风电场调压系数K近似为常数。因此，风电场的调压系数近似为
其中：U2为风电场有功零发;无功功率按额定功率PN数值大小发出时并网点的电压;U1为风电场有功、无功均零发时并网点的电压。
风电场在电压边界上应当发出或吸收的最大、最小无功功率为
为风电机的无功调控保留裕度，QMin、QMax不应大于1.25倍的风电场装机容量。超出时，应适当调整最大、最小调压能力的设置。
当电压越趋近于UObj，无功的调节应趋近于0，同时考虑无功与电压的关系，风电场在不同电压下的无功需求范围[QVMin,QVMax]可由式(3)确定。
其中，Q为风电场的无功出力，进相运行时为负值，迟相运行时为正值。其示意图如图3。
考虑到风电场满发时无功调控能力较弱，而零发时调控能力较强。总无功需求需根据风电场的有功输出而定。
其中：PO为风电场的实际有功出力;PWT为装机容量。
2.2 风电机无功需求分配环节
确定了总无功需求以后，每台风电机的无功输出分配可按以下两种模式进行。
模式一平均分配
在风电机参数采集较困难的情况下可将总无功需求平均分摊到每台风电机。这种模式不能保证每台风电机均按要求发出或吸收无功功率。
模式二考虑有功约束的简单分配
考虑到尾流效应和塔影效应等因数，在实际运行中，不同位置的风电机的有功输出存在一定的差别，这使得不同的风电机的无功调节能力存在差异。因此，可考虑让有功输出较少的风电机承担更多的电压调节任务，从而达到合理分配无功需求的目的。
假设风电机的有功和无功呈线性关系，且当总无功需求为正时(及发出无功)，风电机的有功零发时，风电机发出与1.25倍额定有功功率PN数值相当的无功;当风电机的有功满发时，风电机发出Q0的无功;当总无功需求为负时(及吸收无功)，风电机的有功零发时，风电机吸收与1.25倍额定有功功率PN数值相当的无功;当风电机的有功满发时，风电机吸收Q1的无功。
则当0
当-1.25TPN
其中：Pi为第i台风机的有功输出;T为风机数;PN为风机额定容量。
则第i台风机的无功输出为
这种模式的控制较为合理，但是当风电场的总有功输出很小时精度很差，应切换到模式一。同时，当无功需求大于NPN时，也应切换到模式一。风电场输出无功调整电压以后，重新检测电压并进入下一次控制。
3 实例分析
下文以广东湛江电网为例，分析IVOCD的应用方法，并验证其可操作性和实用性。
2010年湛江电网包含1座500 kV变电站，10座220 kV变电站、74座110 kV变电站，及一座风电场，即洋前风电场。其装机容量为49.5 MW，升压后经110 kV线路接入110 kV新寮站。电网示意图如图4。
3.1 IVOCD模型参数确定
图5反映了洋前风电场在大方式和小方式下，无功出力与洋前站高压侧电压的关系。
由图5可知，在小方式下无功输出对电压的调节能力较差，K为0.26 k V。若调度部门要求风电场的最大、最小可调节能力为2 kV、0.5 kV，则风电场在电压达到运行规程要求的上限或下限时应最多能够吸收或发出约7.7 Mvar的无功，且至少吸收或发出1.925 Mvar的无功;由于UMax、UMin依次为117.7 kV、106.7 k V，则UObj取其平均值为112.2 k V。IVOCD的风电机无功需求分配模式采用平均分配。
3.2 IVOCD模型的实际应用
风电场分别按IVOCD、中国、丹麦导则运行。假设负荷和风电场的出力为0 MW且在短时间内不变，同时风电场的初始无功输出为0。
当负荷较轻时进行计算，可得风电场并网点的电压变化范围如图6所示。
再考虑负荷较重的情况，计算可得风电场并网点的电压变化范围如图7所示。
由图6、图7可见，按中国、丹麦导则运行，风电场无法改善电压。在重负荷下，按照中国导则还会使电压存在越限的危险。在轻负荷下，采用IVOCD运行后，并网点电压下降，电压运行安全裕度得到改善。在重负荷下，采用IVOCD运行，并网点电压上升，电压较原来更接近目标电压112.2kV，运行安全裕度得到改善。
实例证明，IVOCD能够主动根据调度需要进行调压，提高并网点电压的运行安全裕度。
4 结论
本文在综述中国、德国等国家风电并网导则关于无功电压运行部分的基础上，提出一种适用于高压电网的风电场调度配合型无功运行接口，即IVOCD。通过采用广东湛江电网为实例进行计算并与其他几种风电场无功运行方式进行对比，证明IVOCD更优于其他几种无功运行方式。实例表明，IVOCD模型能够根据电网的特点，将电网无功调度的要求转换为风电场的无功需求，从而进行主动进行调压，有效地提高了并网点电压的运行安全裕度，具有很好的适应性和实用性。
摘要：提出一种适用于高压并网的风电场调度配合型无功运行接口,即IVOCD。IVOCD根据电网的具体特点将电网电压调度要求转换为接口的运行参数,同时检测电网电压,使风电场无功输出处于一个特定运行区域内,以适应不同电网电压的运行需求。以广东湛江电网为例,证明了IVOCD能够在电压较低时提供无功支撑,在电压较高时吸收多余无功,从而进行主动调压,使电压运行更加安全,具有很好的适应性和实用性。
调度接口 篇2
关键词：数字调度业务接口；设计；铁路光纤通信系统
中图分类号： U285.16 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-187-2
0 引言
铁路各相关业务的应用系统都需要通过通信系统来进行信息交换，因此通信系统是主要的承载平台和通道。铁路各业务系统的应用本身就具有一定的特殊性，各供应商提供的接口类型多样，技术发展过程复杂，导致通信系统的各个接口都存在比较复杂的配合，数字调度业务接口也是如此。为了维护和使用的便利性，必须对铁路光纤通信系统的数字调度业务结构进行科学地设计。
1 铁路光纤通信系统
从20世纪90年代末开始，我国铁路系统开始将大规模集成电路芯片作为主要元器件，积极运用计算机通信技术和数字程控交换技术，当前我国的传输线路已经基本实现了光纤通信。光纤通信的优点在于具有较强的抗干扰能力、中继距离长、重量轻、衰减小、通信容量大，而且具有良好的耐腐蚀性，原材料来源丰富，因此在铁路专用通信中得到了广泛的应用[1]。铁路区间数字调度通信隶属于铁路区段通信，其主要任务是对指挥区间内车站值班员的列车调度业务进行指挥，包括无线列车调度、列车牵引调度、货运调度和行车调度等。铁路区间光纤通信系统的组网采取单向环形形式，使用一对光纤来连接两个站段，单光纤通信主要通过T型光纤链路连接。
2 铁路光纤通信系统的数字调度业务接口设计
2.1 数字调度业务接口的整体方案
以协议分层结构、ISDN用户-网络接口参考配置为依据，对ISDN用户-网络接口参考配置中的网络终端部分进行设计，终端和网络的分界点为U参考点，从而使ISDN U接口得到实现。如果使用终端设备对调度电话进行呼叫，那么通过485总线，MCU就会向数字调度业务接口板发送控制信令，再由接口板向D通道发送控制信令。区间通话柱的终端设备数据主要由CPLD接收，并向接口板发送，组成B通路。两组通路会通过接口板进行复用，从而组成2B+D数据，区间数字调度通信系统的交换设备会通过双绞线来接收2B+D数据。以接口类型为依据，对数字调度业务的接口板基本功能进行划分，可以将其分为U接口模块、B通路语音信号收发模块、D通路信息收发模块3个部分[2]。
2.2 硬件设计
2.2.1 D通路信息收发模块的硬件设计
D通路信息收发模块主要包括外围电路、HDLC协议控制器、单片机3个部分，单片机的作用在于产生和接收网络层的消息，协议控制器的作用在于对消息进行打包和解包。
本设计中的程序量并不大，因此只需实现基本的呼叫控制程序，主要使用89S52单片机来实现，其具有对网络层进行消息组装的功能，并能够控制其他芯片，具有较低的能耗和良好的性能。该芯片内具有时钟电路、片内晶振、看门狗定时器、全双工串口通信、数据指针、I/O线、定时器/计数器、中断源、数据存储器等。在选择HDLC协议控制器时要对成本和芯片的专业性能进行考虑，因此本文选择了HDLC协议控制器MT8952，其具有面向比特位的协议结构，能够对数据进行连续的发送和接收。能够对自调度业务接口板的第二层数据链路层功能进行实现[3]。
2.2.2 B通路语音信号收发模块的硬件设计
两路数据信息的接收和发送主要通过B通路语音信号发送接收模块来实现，并在语音编解码芯片中完成语音信号的编解码。该模块中主要包括语音编解码芯片、CPLD与外围芯片电路两个主要部分。在本次设计中，语音编解码芯片选择的是MC145481，其能够支持多种时钟模式，本设计中选择的是IDL操作模式。MC14548的优点在于功率低、价格低廉，而且能够满足设计需求。通过语音编码芯片，对于语音信号进行抽样编码，再向CPLD芯片发送，再由CPLD芯片向ST-BUS的指定时隙按位发送语音数据。
2.2.3 CPLD与外围芯片电路设计
在本次设计中CPLD主要包括两部分功能，第一部分功能是要在ST-BUS总线指定时隙中对两路语音信号的插入和分离进行实现，第二部分功能是将同步信号FOi提供给MT8952，并且对U接口芯片MC145572的控制功能进行实现。因此本文选择了EPM240T100C5N作为外围芯片电路。
2.2.4 U接口模块的硬件设计
该模块包括外围电路和U接口芯片，其主要作用是对U接口上的2B1Q编码数据进行接收和译码解顿，并将其发送至ST-BUS。该模块还要负责组装串行总线上的2B+D数据，再将其转换为U接口上的2B1Q码，向ISDN交换机发送。本着实用和节约的原则，本文选择的U接口模块的主要芯片是MC145572，其具有热启动能力，能够支持从属和主控两种时序模式，并对2B+D时隙插入的时隙分配器进行改变。
2.3 软件设计
铁路光纤通信系统的数字调度业务接口板的软件设计共有4个主要流程，首先要对各协议层的功能实现进行软件设计，其次要设计TEI管理控制软件，再次要设计电路交换呼叫控制协议软件，最后对发送和接收B信道信息的功能进行设计。通过MCU的控制来实现电路呼叫控制协议和各协议层的功能，其与接收和发送B信道信息的功能相互独立。
软件设计中为了保障系统软件的可维护性、可移植性和可靠性，在设计之初就应该对其功能进行合理的划分，尽可能减小各模块之间的关联。同时尽量详细地设置常量变量、子程序参数和各模块的功能，提高软件的可维护性。可以使用数字调度业务接口对ISDN数字程控交换机进行模拟，而且准备好接口板改装，提高软件的可扩充性。
2.3.1 设计各协议层软件
各协议层软件的设计应该使物理层、网络层、数据链路层的功能得以实现。物理层的功能包括，传输功能、激活功能和去激活功能，其应该保障U接口的全双工通信，并具有状态指示和维护功能。物理层的软件设计可以使用U接口芯片MC145572，并使用AT89S52对MC145572寄存器操作，主要有以下几个程序：芯片初始化程序、激活和去激活操作程序、中断程序。网络层功能和数据链路层功能都是对D通路信息进行处理，因此二者的协议可以统称为D通路协议。可以设置缓冲区来促进第三层网络层和第二层数据链路层之间的信息交互，系统中没有设计外接RAM，因此可以在MCU的ROM中存储需要发送的信息。将部分必需的信息单元和公共部分信息，按照相应的格式组装成为数据段，然后在ROM中进行存储，发送到数据链路层，再由数据链路层，将其打包并继续发送。本系统中主要是在处理器MCU、HDLC协议控制器MT8952中实现，网络层和数据链路层的基本功能。
2.3.2 数据链路层TEI分配管理进程软件设计
网络终端和线路终端先要进行TEI分配管理进程，使用户能够获得TEI值，当TEI没有分配时，则不能对第三层信息进行传送。智能网络终端KMNT1+需要通过网络来对TEI值进行分配，因此先要进行TEI分配管理进程才能进行呼叫。在本系统中使用智能网络终端KMNT1+作为用户侧网络终端，先激活U接口收发器，然后再对管理进程进行分配。
2.3.3 设计电路呼叫控制软件
电路呼叫控制中不包括ISDN交换机，主要是通过线路终端来的交换机进行模拟。先由LT发起呼叫，发送SETUP消息请求呼叫，再由NT对信息进行接收并回复。
3 结语
本文从铁路光纤通信系统的数字调度业务接口的整体软件开发入手，对其硬件和软件设计进行了简要地介绍，针对铁路光纤通信系统和铁路数字调度通信系统，对二者之间的通信进行了实现。在硬件和软件的选择方面主要选择符合本，设计实际需求、成本相对低廉的硬件产品，保障接口电路性能稳定、结构简单。在软件设计中立足于D通路和2B通路的区别，并进行了分别设计。
参 考 文 献
[1] 陈家斌.当前铁路通信如何适应高速发展铁路的要求[J].科技资讯，2010（06）.
[2] 袁媛.铁路通信系统移动通信应用模块的优化[J].科技创新与应用，2013（35）.