楊杰

（新疆新華風(fēng)電開發(fā)有限公司，新疆阿勒泰836699）

1 引言

光伏和風(fēng)電是新能源中的代表性能源，如今已經(jīng)逐步發(fā)展成為我國重要的資源性能源，合理地利用光伏與風(fēng)電新能源，不僅能滿足能源方面的需求，改善我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，還可以減少對環(huán)境造成的污染，對我國生態(tài)環(huán)境實施全面的保護(hù)，以此進(jìn)一步促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)定發(fā)展。

2 光伏和風(fēng)電新能源發(fā)展的重要性與發(fā)展難點

2.1 風(fēng)電與光伏新能源發(fā)展的重要性

光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電有一定的關(guān)聯(lián)性。對光伏電站與風(fēng)電場的集群控制系統(tǒng)技術(shù)、運行維護(hù)系統(tǒng)、分布式發(fā)電和微電網(wǎng)控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究，能夠?qū)崿F(xiàn)集群控制技術(shù)與并網(wǎng)技術(shù)方面的突破，建立更加符合標(biāo)準(zhǔn)要求的風(fēng)電場發(fā)電基地與光伏電站基地的集群控制中心與平臺，從而更好地解決新疆地區(qū)并網(wǎng)技術(shù)與新能源發(fā)電方面存在的技術(shù)性難題，并促進(jìn)智能電網(wǎng)行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2.2 風(fēng)電與光伏新能源發(fā)展存在的難點

對于新能源的開發(fā)與利用，實現(xiàn)新能源的集中、大規(guī)模并網(wǎng)是促進(jìn)新能源利用與開發(fā)的主要途徑和渠道[1]。但是因為太陽能、風(fēng)能在實際利用與開發(fā)時，存在能量密度低、穩(wěn)定性不足等特點，因此，在對其進(jìn)行實際的利用和開發(fā)時，需要綜合考慮此類新型能源產(chǎn)生的變化為整個系統(tǒng)帶來的影響。

目前，雖然各種類型的新能源的開發(fā)與利用迫在眉睫，但是在風(fēng)電與光伏新能源的開發(fā)與利用方面仍然面臨著一些難點：（1）因為風(fēng)電與光伏新能源具有非常強的間歇性、隨機(jī)性以及波動性，其自身具有的發(fā)電性能還需要進(jìn)行不斷的優(yōu)化與改善；（2）很難對風(fēng)電與光伏新能源進(jìn)行有效的調(diào)度、預(yù)測以及控制，導(dǎo)致整體的協(xié)調(diào)性不足，有待調(diào)整與提升：（3）風(fēng)電與光伏新能源具有明顯的地域性特征，通常與實際需求表現(xiàn)為逆向分布的情況，一些資源配置問題需要進(jìn)行更加深一步的解決。以上這3 個方面的問題與難題，可以說是我國新能源利用與開發(fā)中所面臨的主要難點，如果無法妥善的解決此類問題，則勢必會影響新能源的開發(fā)與利用效果。

3 風(fēng)電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用

3.1 協(xié)調(diào)分配

按照風(fēng)電場和光伏電場的特點以及電網(wǎng)運行方式的特征，做好協(xié)調(diào)分配，確保風(fēng)電場和光伏電場內(nèi)的有功功率的控制可以以多模式化的方式進(jìn)行，這樣可以更加方便地轉(zhuǎn)換各個模式，最后，按照實際需求完成更換，詳細(xì)如下：

1）跟蹤斷面的控制形式：按照風(fēng)電場和光伏電場斷面的控制值和功率實時值具有的偏差，對風(fēng)電和光伏電進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，確?？梢杂行ё柚箶嗝婀β实模⒋_保風(fēng)電和光電可以得到最大程度的利用。

2）跟蹤計劃控制形式：主要是指按照主站自動下達(dá)的命令，確保新能源電廠的跟蹤發(fā)電計劃可以在曲線方式下進(jìn)行運動。

3)人工控制形式：主要指的是通過人工指令，對功率進(jìn)行控制，一般條件下，工作人員需結(jié)合電網(wǎng)實際的運行狀況下發(fā)指令，確保其可以維持比較長的時間并不發(fā)生變化。

充分、全面地考慮在電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化這一過程中用到的各種設(shè)備的可控性。其中,主要包括離散控制的變電站電容電抗器、常規(guī)水火電廠的連續(xù)可調(diào)機(jī)組無功出力、變壓器抽頭和間歇性、小容量特征明顯的光伏和風(fēng)電等新型能源發(fā)電力，使新能源可以充分發(fā)揮可控和可調(diào)節(jié)能力，利用常規(guī)機(jī)組無功以及調(diào)節(jié)動態(tài)無功處理使間歇性沖擊可以得到更加優(yōu)化分配與控制。

3.2 區(qū)域電壓的優(yōu)化與控制

對光伏、風(fēng)電新型能源場站具有的運行特點與控制方式進(jìn)行深入研究，可以考慮建立適合光伏電站、風(fēng)電場特征和特點的合理控制模型，也可以建立全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，在控制中，主要指的是對常規(guī)水電廠、無功出力和變電站電容電抗器等離散設(shè)備的控制，并將光伏電站、風(fēng)電場中的無功和電壓作為可以控制的約束型變量納入其中，使目標(biāo)函數(shù)可以不斷優(yōu)化，在這其中主要包括無功潮流優(yōu)化、合格電壓、考慮系統(tǒng)控制安全以及減少控制調(diào)節(jié)量等相關(guān)的優(yōu)化目標(biāo)。

3.3 安全校正與緊急控制

風(fēng)電場和光伏電站的安全校正和緊急控制，主要指集群系統(tǒng)的分區(qū)控制以及分層次嵌套控制。

在分區(qū)控制中，一方面可以將電網(wǎng)的真實斷面作為斷面;另一方面也可以以調(diào)度定義的虛擬斷面為斷面，主要包括各個風(fēng)區(qū)、全網(wǎng)風(fēng)電、各光區(qū)以及全網(wǎng)光伏等區(qū)域的總出力。對電廠內(nèi)的功率控制模塊進(jìn)行合理利用，可以實現(xiàn)自動化控制，從而更好地對斷面具有的偏差按照更好的電場功率分配方法進(jìn)行合理控制，確保每一個參與整改與調(diào)整的電場都可以得到合理的分配，具體如表1 所示。

另一方面，分層次嵌套控制主要指使用新能源電場，對2 個或2 個以上的斷面進(jìn)行有功控制，以此滿足每一個斷面所要求的安全約束。如果底層斷面受到限制，并且全網(wǎng)范圍內(nèi)仍然對風(fēng)電、光電有接納空間，利用系統(tǒng)，將斷面含有的受限出力，轉(zhuǎn)到整個系統(tǒng)中其他具有送出空間的斷面中，以有效地避免放棄風(fēng)電、光電等情況的發(fā)生[2]。與此同時，必須確保每一個斷面都可以在安全的限值范圍內(nèi)運行，系統(tǒng)在規(guī)定的控制周期內(nèi)，需要對風(fēng)電場、光伏電站內(nèi)發(fā)出的指令進(jìn)行反復(fù)、多次的計算，確保風(fēng)電場、光伏電站發(fā)出來的最終指令可以滿足斷面的安全約束，也可以避免對風(fēng)電與光電的拋棄，全面提高全網(wǎng)對風(fēng)電與光電的接納能力。

表1 分配內(nèi)容

為了更好地對光伏電站、風(fēng)電場的集群控制系統(tǒng)進(jìn)行緊急控制與安全校正，必須要對其運行的特征進(jìn)行充分考慮，通過靈敏度測試的方法，對即將或者可能發(fā)生的數(shù)據(jù)跳變、結(jié)果不收斂等情況進(jìn)行分析，而后將電壓的校正作為基本的目標(biāo)，從而實現(xiàn)有效控制的目標(biāo)。同時，為了更好地實現(xiàn)最大程度的動態(tài)無功儲備，應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，強化光伏與風(fēng)電的發(fā)電率以及接納能力，有效提高控制的穩(wěn)定性，并改善動態(tài)無功儲備情況。

4 集群控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)

集群控制系統(tǒng)內(nèi)的有功協(xié)調(diào)控制軟件主要包括監(jiān)視控制軟件、數(shù)據(jù)接口以及統(tǒng)計考核3 個功能模塊。監(jiān)控控制軟件主要包括協(xié)調(diào)方面的控制、數(shù)據(jù)采集、功率分配、斷面控制以及人機(jī)操作等；數(shù)據(jù)接口包括負(fù)荷預(yù)測、風(fēng)電預(yù)測、發(fā)電計劃以及常規(guī)AGC 等模塊；對于統(tǒng)計考核模塊來說，其主要包括歷史查詢、機(jī)組考核以及操作記錄等模塊。

5 結(jié)語

綜上所述，將集群控制系統(tǒng)應(yīng)用到風(fēng)電場和發(fā)電站中，能夠使新能源得到更好的利用與開發(fā)，實現(xiàn)自動化控制，對各個場站內(nèi)的功率進(jìn)行動態(tài)化調(diào)節(jié)，從而確保各個集群具有的功率可以得到更加充分、合理的應(yīng)用，并保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。