徐 晨 高 偉 趙重陽/沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司

基于分散式風(fēng)電的集控方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

徐 晨 高 偉 趙重陽/沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司

當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)被廣泛應(yīng)用.風(fēng)力發(fā)電是一種新型發(fā)電技術(shù),與火力發(fā)電相比風(fēng)力發(fā)電具有無污染的特點(diǎn).在保護(hù)環(huán)境的觀念日益深入人心的背景下風(fēng)力發(fā)電的作 用越來越重要.當(dāng)前分散式風(fēng)場(chǎng)達(dá)到了風(fēng)電場(chǎng)的無人值守的理想效果，使風(fēng)電運(yùn)行管理水平得到進(jìn)一步提高。本文主要分析了基于分散式風(fēng)電的集控方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

分散式風(fēng)電；集控方案；設(shè)計(jì)實(shí)施

引言

當(dāng)前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)是高度集中、高電壓和遠(yuǎn)距離。風(fēng)電出力特性相比常規(guī)能源,它的波動(dòng)更大,隨機(jī)性也比較較大,可預(yù)測(cè)性偏低,一般情況下風(fēng)電調(diào)度運(yùn)行不能棄風(fēng)。隨之,風(fēng)電產(chǎn)業(yè)采取“規(guī)模小、電壓低、分布式、就地分散接入電力系統(tǒng)”的風(fēng)電形式呼之欲出,稱為“分散式風(fēng)電”。

一、分散式風(fēng)電集控系統(tǒng)的概述

分散式發(fā)電特點(diǎn)為：總裝機(jī)的容量低，風(fēng)機(jī)切入切出對(duì)微電網(wǎng)沖擊很小；規(guī)模偏小，輸電距離比較短，普遍運(yùn)用風(fēng)場(chǎng)把附近電網(wǎng)的變電站及輸送線路；發(fā)出來的電能于地面快速消化，經(jīng)濟(jì)效益比較高，但風(fēng)電也因分散的特點(diǎn)，也成了阻礙運(yùn)行管理的主要因素，從而對(duì)風(fēng)電相關(guān)技術(shù)要求越來越嚴(yán)格。

現(xiàn)代信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。風(fēng)電集控系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括平時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；通過集中控制協(xié)調(diào)各個(gè)風(fēng)機(jī)發(fā)電入網(wǎng)；在監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障時(shí)做出處理對(duì)策，及時(shí)解決保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

二、分散式風(fēng)電集控設(shè)計(jì)方案

（1）集控設(shè)計(jì)的總體思路是利用調(diào)度和集中控制兩個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作來實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

（2）風(fēng)電集中控制的第一步是監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括三部分：風(fēng)場(chǎng)各位置風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)；風(fēng)場(chǎng)的監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)；風(fēng)場(chǎng)其他電力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（3）集控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成：發(fā)電風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)視控制系統(tǒng)，錄像監(jiān)視系統(tǒng)和主要電力設(shè)備，比如風(fēng)場(chǎng)開關(guān)站的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)視控制系統(tǒng)。

（4）為了保障系統(tǒng)的安全可靠，需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。

（5）為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和監(jiān)測(cè)的靈敏度，需要對(duì)集控系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)。為了敘述方便，把對(duì)直接參與發(fā)電過程的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的實(shí)時(shí)控制區(qū)命名為A區(qū)；雖然也隨系統(tǒng)運(yùn)行，但是不參與實(shí)時(shí)控制的非控制生產(chǎn)區(qū)為B區(qū)，另外一部分就是生產(chǎn)管理區(qū)，用C區(qū)表示。

三、分散式風(fēng)場(chǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

（一）風(fēng)場(chǎng)端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

因?yàn)轱L(fēng)場(chǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)安穩(wěn)定性、安全性等方面要求各不同，設(shè)計(jì)上報(bào)方式也跟著不同。例如視頻數(shù)據(jù)獨(dú)立組網(wǎng)，直接接入光端機(jī)上報(bào)。無功補(bǔ)償信息、開關(guān)站信息本身是IEC103報(bào)文，就可選擇遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行采集。對(duì)于氣象測(cè)風(fēng)信息、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)信息、電能量信息、風(fēng)機(jī)監(jiān)控信息，要進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為IEC103報(bào)文之后由遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行采集。再運(yùn)用遠(yuǎn)動(dòng)裝置將數(shù)據(jù)分類處理轉(zhuǎn)換為IEC104報(bào)文經(jīng)過路由器及縱向加密一并送往調(diào)度與監(jiān)控中心。

（二）遠(yuǎn)程通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

租用電力公司使用的通信通道是各風(fēng)場(chǎng)及監(jiān)控中心都設(shè)置有三個(gè)2M的獨(dú)立數(shù)字通道。租用電力公司使用的通信通道是由離風(fēng)場(chǎng)最近的變電站接入，再最遠(yuǎn)離監(jiān)控中心的變電站接出。三個(gè)2M的通道供給視頻信息、風(fēng)機(jī)信息與遠(yuǎn)動(dòng)信息進(jìn)行使用。

（三）監(jiān)控中心內(nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心內(nèi)采用的設(shè)計(jì)為雙網(wǎng)設(shè)計(jì)，有3個(gè)安全區(qū)。其中一個(gè)區(qū)是實(shí)時(shí)控制區(qū)，由1個(gè)分機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器、2個(gè)監(jiān)控工作站、1個(gè)AGC服務(wù)器、1個(gè)AVC服務(wù)器和1個(gè)GPS、2個(gè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、2個(gè)風(fēng)機(jī)操作員站組成。歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、安全監(jiān)控、人機(jī)交互及網(wǎng)絡(luò)管理功能及4座電場(chǎng)運(yùn)行界面顯示，從而達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)無需人值班的理想狀態(tài)；達(dá)到對(duì)各風(fēng)場(chǎng)設(shè)備情況有效監(jiān)控的目的；提高對(duì)特殊狀況下的判斷能力；各風(fēng)電場(chǎng)能安全的進(jìn)行操作；各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理的進(jìn)一步提高；也做到有效監(jiān)控其他分析系統(tǒng)及滿足應(yīng)用的需要。

四、分散式風(fēng)電集控的實(shí)際應(yīng)用

（一）風(fēng)功率的預(yù)測(cè)的實(shí)施

用物理模型分析及統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)過程稱為風(fēng)功率預(yù)測(cè)，風(fēng)電場(chǎng)未來的輸出功率是依據(jù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的情況預(yù)測(cè)分析出來的。而風(fēng)功率預(yù)測(cè)子系統(tǒng)是依據(jù)風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)有功無功數(shù)據(jù)與氣象部門的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，要對(duì)未來某一時(shí)段風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電情況進(jìn)行分析預(yù)測(cè)是采用的是支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種計(jì)算法，并要及時(shí)報(bào)予電力調(diào)度部門。

（二）風(fēng)場(chǎng)AGC的應(yīng)用

當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生偏差較大時(shí)，為了使聯(lián)絡(luò)線的交換功率和系統(tǒng)頻率能有效維持，各個(gè)控制地區(qū)應(yīng)依據(jù)本區(qū)域內(nèi)的控制誤差來調(diào)控本地區(qū)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力，協(xié)調(diào)好電網(wǎng)從而進(jìn)行調(diào)頻。其電力系統(tǒng)調(diào)度依據(jù)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)布的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)當(dāng)前盡可能的最大出力，調(diào)度信息要充分考慮到經(jīng)濟(jì)能力、運(yùn)行的安全性等制定出相應(yīng)的控制發(fā)電對(duì)策，最后發(fā)送風(fēng)場(chǎng)出力目標(biāo)值到風(fēng)機(jī)服務(wù)器。風(fēng)機(jī)服務(wù)器再依據(jù)機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況及控制特性進(jìn)行目標(biāo)出力在風(fēng)機(jī)上的分配，使風(fēng)場(chǎng)功率調(diào)整和跟蹤得到實(shí)現(xiàn)。

（三）風(fēng)場(chǎng)AVC的應(yīng)用

如風(fēng)場(chǎng)離負(fù)荷中心遠(yuǎn)，又接入末端電網(wǎng)的情況下，由于受負(fù)荷變化和受風(fēng)力資源的影響，因而電壓有較大波動(dòng)，造成了風(fēng)場(chǎng)發(fā)電大時(shí)電壓低和發(fā)電小時(shí)的電壓高的問題越發(fā)嚴(yán)峻，電網(wǎng)的安全運(yùn)行得不到保障。因而實(shí)現(xiàn)對(duì)無功的自動(dòng)控制與系統(tǒng)的電壓十分迫切。以電力調(diào)度下發(fā)的控制電壓目標(biāo)值為根據(jù)風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況及結(jié)合設(shè)備的安全因素、電網(wǎng)，利用控制算法產(chǎn)生單臺(tái)風(fēng)機(jī)的無功輸出目標(biāo)值及場(chǎng)內(nèi)SVG的無功輸出目標(biāo)值，最后轉(zhuǎn)發(fā)到風(fēng)機(jī)服務(wù)器、SVG控制器執(zhí)行、開關(guān)站SCADA服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)電壓自動(dòng)調(diào)整功能的整個(gè)過程就是風(fēng)場(chǎng)AVC子系統(tǒng)運(yùn)行的表現(xiàn)。

五、結(jié)束語

隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的的不斷的發(fā)展，面對(duì)越來越龐大的風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)量，想要提高系統(tǒng)運(yùn)行能力其控制系統(tǒng)相應(yīng)的就要有更好更強(qiáng)大的硬件。要達(dá)到對(duì)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)某時(shí)間段內(nèi)的原始數(shù)據(jù)或者統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)的目的，系統(tǒng)也應(yīng)能提供通用統(tǒng)計(jì)的功能，這樣廣大的用戶就可通過自由選擇統(tǒng)計(jì)算法。還應(yīng)針對(duì)越來越復(fù)雜的風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)，制定出一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的解決方案。其控制系統(tǒng)能有效處理相關(guān)數(shù)據(jù)，風(fēng)功率預(yù)測(cè)、AGC、AVC等系統(tǒng)不再是孤立存在的，而是在同個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)、同個(gè)平臺(tái)進(jìn)行高效的應(yīng)用。

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