姚秀萍，常喜強(qiáng)，張慧玲，孫立成，李靜坤

(1.新疆電力調(diào)度通信中心，新疆 烏魯木齊 830002;2.寧夏電力調(diào)度通信中心，寧夏 銀川 750001)

0 引言

隨著風(fēng)電大規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用，大規(guī)模風(fēng)電的調(diào)度問題成為了電網(wǎng)需要重點(diǎn)考慮的問題之一，各種調(diào)度決策、運(yùn)行方式安排將不得不考慮風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性。面對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需深入研究電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)于電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。新疆風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電開發(fā)潛力較大。目前，風(fēng)電已進(jìn)入快速發(fā)展階段。至2015年風(fēng)電總裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到5800 MW，風(fēng)電占11.51%;遠(yuǎn)景裝機(jī)容量更多。大規(guī)模風(fēng)電的最優(yōu)調(diào)度問題成為了新疆電網(wǎng)重要關(guān)注的問題之一。對(duì)打造綠色能源“疆電外送”意義重大。

通過基于風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)集群的電網(wǎng)風(fēng)電智能控制系統(tǒng)的研究，使風(fēng)電適應(yīng)電網(wǎng)與電源結(jié)構(gòu)的不斷變化，將極大提升電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)風(fēng)電的調(diào)度運(yùn)行水平。

1 風(fēng)電功率控制的5種情況

在發(fā)生以下5種約束情況時(shí)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)功率進(jìn)行控制。

1)調(diào)峰約束1(如圖1):正常運(yùn)行方式下，風(fēng)電場(chǎng)上報(bào)當(dāng)天或者次日風(fēng)功率預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差達(dá)到一定值時(shí)，造成電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓困難、電網(wǎng)穩(wěn)定無法滿足系統(tǒng)AGC及電網(wǎng)安全約束時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定功率進(jìn)行控制。

圖1 調(diào)峰約束控制1

2)調(diào)峰約束2(如圖2):正常方式下，由于電網(wǎng)因天氣、沖擊負(fù)荷等外界原因，在系統(tǒng)采取各種技術(shù)手段后，電網(wǎng)仍無法滿足系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓要求、電網(wǎng)穩(wěn)定無法滿足時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定功率進(jìn)行控制。

圖2 調(diào)峰約束控制2

3)穩(wěn)定約束1(如圖3):電網(wǎng)發(fā)生緊急情況下，如突然甩負(fù)荷等，造成系統(tǒng)無法滿足調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓需求、電網(wǎng)穩(wěn)定無法滿足時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定功率進(jìn)行控制。

圖3 穩(wěn)定約束控制1

4)穩(wěn)定約束2(如圖4):電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或出現(xiàn)其他影響風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)送出能力時(shí)，綜合考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、電壓約束等因素以及風(fēng)電場(chǎng)自身的特性和運(yùn)行約束，通過計(jì)算分析確定允許風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)的新的最大有功功率，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定功率進(jìn)行控制。

圖4 穩(wěn)定約束控制2

5)穩(wěn)定約束3(如圖5):正常方式下，聯(lián)絡(luò)線處于滿載邊緣，由于負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)與風(fēng)電出力的逆疊加，造成聯(lián)絡(luò)線過載，綜合考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、電壓約束等因素以及風(fēng)電場(chǎng)自身的特性和運(yùn)行約束，通過計(jì)算分析確定允許風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)的新的最大有功功率，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)給定功率進(jìn)行控制。

2 風(fēng)電場(chǎng)控制方式

2.1 風(fēng)電群控制方式

圖5 穩(wěn)定約束控制3

對(duì)于多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率控制時(shí)，按照各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)性強(qiáng)弱進(jìn)行控制，統(tǒng)一綜合考慮電網(wǎng)整體穩(wěn)定性、各風(fēng)電場(chǎng)通道情況、穩(wěn)定特性、斷面極限情況、系統(tǒng)電壓等因素后，各風(fēng)電場(chǎng)控制功率按相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量、關(guān)聯(lián)度進(jìn)行綜合考慮分配。圖6為風(fēng)電場(chǎng)群控制模式。

圖6 風(fēng)電場(chǎng)群控制模式

2.2 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部控制方式

對(duì)于每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率控制時(shí)，可選擇有條件的風(fēng)機(jī)減出力、機(jī)組停機(jī)等進(jìn)行功率控制，實(shí)施調(diào)度下發(fā)指令的風(fēng)電功率控制。并滿足調(diào)度要求的功率變化率的要求。圖7為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部控制模式。

圖7 風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組控制模式

3 目前對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制的思路

目前，國內(nèi)在風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制方面主要有以下模式。

1)最大出力控制模式。根據(jù)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)最大出力上限值。風(fēng)電場(chǎng)出力低于上限值時(shí)處于自由發(fā)電狀態(tài)，超出本風(fēng)電場(chǎng)最大出力上限值時(shí)根據(jù)情況限制出力。采取穩(wěn)定控制裝置控制。

2)計(jì)劃值控制模式。以風(fēng)電功率預(yù)測(cè)為依據(jù)，經(jīng)安全校核后下發(fā)各風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃。各風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行有功功率的調(diào)整。

3)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)控制模式。以超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)為依據(jù)，通過AGC方式將目標(biāo)值下發(fā)至各風(fēng)電場(chǎng)，各風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤預(yù)測(cè)控制目標(biāo)值進(jìn)行有功功率的調(diào)整?？紤]預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率無法達(dá)到或接近100%，從風(fēng)電的保障性收購而言，暫不能將預(yù)測(cè)結(jié)果直接作為風(fēng)電AGC的控制指令目標(biāo)，該模式目前仍在理論階段。

4)饋線控制模式。通過投切風(fēng)電場(chǎng)饋線(匯集線)控制風(fēng)電上網(wǎng)功率。

以上模式都基于一個(gè)共同的認(rèn)識(shí)，即風(fēng)電有功功率控制周期長、延時(shí)大、精度差，實(shí)現(xiàn)控制環(huán)節(jié)難度大。

4 風(fēng)電智能有功控制系統(tǒng)建設(shè)思路

4.1 風(fēng)電智能有功控制的實(shí)現(xiàn)模式

由于風(fēng)電出力控制總體存在正常方式下控制、事故方式下控制兩種情況，而根據(jù)其分類不同擬采用以下兩種實(shí)現(xiàn)模式相結(jié)合。

(1)正常方式下:若系統(tǒng)調(diào)峰能力不足，沖擊性負(fù)荷與風(fēng)電機(jī)組的反調(diào)峰疊加，造成系統(tǒng)頻率升高或者聯(lián)絡(luò)線過載，需進(jìn)行控制和調(diào)整，此種方式下，分為正調(diào)整和負(fù)調(diào)整，正調(diào)整是將風(fēng)電出力向上調(diào)整，開放風(fēng)電出力，負(fù)調(diào)整時(shí)將風(fēng)電出力向下調(diào)整，減少風(fēng)電出力，正調(diào)整與負(fù)調(diào)整的調(diào)控命令由省調(diào)風(fēng)電控制系統(tǒng)下發(fā)到風(fēng)電場(chǎng)或者風(fēng)機(jī)執(zhí)行。

(2)事故情況下:由于故障造成的穩(wěn)定問題，需控制風(fēng)電調(diào)整風(fēng)電出力，進(jìn)行負(fù)調(diào)整，調(diào)控命令由省調(diào)風(fēng)電控制系統(tǒng)下發(fā)到風(fēng)電場(chǎng)或者風(fēng)機(jī)執(zhí)行。

4.2 控制數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為充分利用系統(tǒng)資源，減少數(shù)據(jù)維護(hù)，對(duì)與數(shù)據(jù)的來源可從EMS系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、在線預(yù)警系統(tǒng)3個(gè)系統(tǒng)選取。

EMS:獲取與風(fēng)電接入系統(tǒng)有關(guān)斷面的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、風(fēng)電發(fā)電出力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)各發(fā)電場(chǎng)出力安排數(shù)據(jù)、AGC控制數(shù)據(jù)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)。

風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng):獲取風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)功率數(shù)據(jù)。

在線預(yù)警系統(tǒng):獲取在線預(yù)警中斷面約束數(shù)據(jù)。風(fēng)電區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)的策略命令數(shù)據(jù)。

4.3 控制數(shù)據(jù)計(jì)算

正常方式下的控制數(shù)據(jù)計(jì)算:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，整合，結(jié)合風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過AGC數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)峰缺額和允許數(shù)據(jù)，通過在線預(yù)警計(jì)算相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)斷面允許數(shù)據(jù)，兩者結(jié)合計(jì)算出系統(tǒng)所能接受的風(fēng)電出力(預(yù)測(cè))綜合，結(jié)合相關(guān)約束條件，然后進(jìn)行分配數(shù)據(jù)的計(jì)算。

此控制過程的實(shí)現(xiàn)可選在EMS系統(tǒng)或者風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)嵌入AGC高層應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。

事故情況下的控制數(shù)據(jù)計(jì)算:通過區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)策略計(jì)算核算的事故情況下控制數(shù)據(jù)。

5 風(fēng)電場(chǎng)功率控制的實(shí)施

在建立風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立風(fēng)電場(chǎng)功率控制系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)度端風(fēng)電能量管理系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)端能量管理系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度端與風(fēng)電場(chǎng)端的通信，風(fēng)電場(chǎng)信息上送，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電調(diào)度控制指令的下發(fā)和實(shí)施，滿足相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1)風(fēng)電場(chǎng)端

風(fēng)電場(chǎng)除建立滿足自身需要的生產(chǎn)管理系統(tǒng)外，應(yīng)根據(jù)調(diào)度需求，建立滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的能量管理系統(tǒng)(包含監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng))，系統(tǒng)涵蓋滿足調(diào)度要求的各種風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的采集、顯示、上送。

表1 現(xiàn)有風(fēng)機(jī)機(jī)組自身控制情況表

監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)包括:風(fēng)機(jī)狀態(tài)(風(fēng)電總裝機(jī)、風(fēng)電接入方式及布局、各臺(tái)風(fēng)機(jī)類型、運(yùn)行狀態(tài)，各臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)需求的頻率、電壓、保護(hù)控制參數(shù))、風(fēng)電場(chǎng)集中補(bǔ)償?shù)鹊取?/p>

監(jiān)控系統(tǒng)還需具備風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組電場(chǎng)限電損失統(tǒng)計(jì)功能，控制風(fēng)機(jī)的低電壓穿越功能開啟關(guān)閉功能，風(fēng)速定值顯示、預(yù)警功能、風(fēng)機(jī)參與限功率設(shè)置功能、風(fēng)機(jī)控制定值顯示功能。

控制系統(tǒng)接收電網(wǎng)調(diào)度端下發(fā)的風(fēng)電功率控制相關(guān)指令，并在電廠內(nèi)部優(yōu)化，實(shí)施，滿足調(diào)度數(shù)量、速率有關(guān)技術(shù)要求，并能進(jìn)行分類記錄?？蓪?shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)匯流線路的切除或者風(fēng)機(jī)機(jī)組的切除、風(fēng)電場(chǎng)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)向控制出力功能。

2)電網(wǎng)調(diào)度端

電網(wǎng)調(diào)度端建立相應(yīng)的風(fēng)電能量管理系統(tǒng)(包含監(jiān)視系統(tǒng)、控制系統(tǒng))，能接收風(fēng)電場(chǎng)端上送的各種數(shù)據(jù)并能友好顯示，具備下發(fā)風(fēng)電功率控制指令。并能進(jìn)行分類記錄。

3)聯(lián)絡(luò)通道要求

建立安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)通道，滿足電網(wǎng)安全防護(hù)的有關(guān)技術(shù)要求。

6 新疆電網(wǎng)風(fēng)電控制系統(tǒng)實(shí)施情況

通過研究，按照上述的思路，開發(fā)了一套不同與以上模式的獨(dú)立控制模式，選定通過EMS系統(tǒng)的AGC軟件實(shí)現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)在接收到控制目標(biāo)后，將其分解為各臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制指令加以執(zhí)行。

正常AGC控制模式分為調(diào)峰控制及聯(lián)絡(luò)線過載控制多種控制。

為了縮短在通信上的延時(shí)并減少環(huán)節(jié)和提高可靠性，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案上，在風(fēng)場(chǎng)單獨(dú)配置路由器和交換機(jī)，溝通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)至省調(diào)EMS系統(tǒng)的直聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通道，采用104網(wǎng)絡(luò)規(guī)約通信。同時(shí)，在升壓站監(jiān)控系統(tǒng)至省調(diào)EMS系統(tǒng)已有的四線通道外，再建一路網(wǎng)絡(luò)通道。另外，溝通了升壓站至風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信通道。主站側(cè)將整廠目標(biāo)功率通過通信規(guī)約的設(shè)點(diǎn)控制命令直接下發(fā)至風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由該系統(tǒng)將總目標(biāo)分解為各受控風(fēng)機(jī)的控制目標(biāo)并下發(fā)至風(fēng)機(jī)能量管理平臺(tái)，通過能量管理平臺(tái)控制各風(fēng)機(jī)的控制單元，啟停風(fēng)機(jī)或通過變槳實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)整。

在最大程度保證風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的前提下盡可能地減少了對(duì)風(fēng)機(jī)功率控制的次數(shù)。

風(fēng)電場(chǎng)控制策略:實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率的控制。通過多次反復(fù)調(diào)試，消除了過調(diào)現(xiàn)象、延時(shí)較長等技術(shù)問題，合理優(yōu)化了控制精度與延時(shí)時(shí)間的問題。具體實(shí)施結(jié)果圖如圖8。

此外，針對(duì)故障情況下，風(fēng)電場(chǎng)控制出力問題，加裝了區(qū)域穩(wěn)定控制裝置，實(shí)現(xiàn)主變壓器過載，聯(lián)絡(luò)線過載后優(yōu)化切除風(fēng)機(jī)的功能。

圖8 系統(tǒng)中風(fēng)電場(chǎng)跟蹤AGC控制指令效果圖

7 結(jié)語

新疆省調(diào)的風(fēng)電功率控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有功功率的智能控制策略，初步解決了風(fēng)電快速發(fā)展階段的電網(wǎng)安全問題。通過系統(tǒng)的實(shí)施，證明風(fēng)電不但是可控、能控的，而且是能夠快速、精確控制的，為今后風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和穩(wěn)定的運(yùn)行控制平臺(tái)。后期還將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)建設(shè)方案中的其他控制，如與風(fēng)功率結(jié)合等等。

［1］國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 392-2009風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定［S］.2009.

［2］喬穎，魯宗相.考慮電網(wǎng)約束的風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)有功控制［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(22):88-93.

［3］李雪明，行舟，陳振寰，等.大型集群風(fēng)電有功智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，24(17):59-63.