國電電力新疆新能源開發(fā)有限公司 馮文新 徐榮鵬 蔣凌子 王 超 華風(fēng)數(shù)據(jù)(深圳)有限公司 柯 超 黃 晨

隨著風(fēng)力發(fā)電的廣泛使用，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)引發(fā)電能質(zhì)量、電網(wǎng)穩(wěn)定性等問題，因此迫切需要對電廠進(jìn)行控制管理和狀態(tài)監(jiān)測[1]，通過綜合對比文獻(xiàn)[2]的多種電廠控制策略，所以在針對特定風(fēng)場的優(yōu)化控制工作時(shí)，需要結(jié)合風(fēng)電場的實(shí)際情況做到具體問題具體分析，文獻(xiàn)[3]基于風(fēng)電場的實(shí)際情況，提出了風(fēng)電場能量綜合管理平臺系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場的智能化控制和管理，文獻(xiàn)[4]結(jié)合風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特征，利用更具可行性的權(quán)重分配方案，提出了一種閉環(huán)實(shí)時(shí)能量分配策略方案，通過對風(fēng)電場能量管理平臺的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究，本文對能量管理平臺進(jìn)行冗余功能改造，借此提高系統(tǒng)的有效運(yùn)行時(shí)間。

新疆新能源公司下設(shè)多個(gè)風(fēng)電場、光伏電站及水電站，總裝機(jī)規(guī)模約有上千兆瓦，其中風(fēng)電占比約十分之九。新疆新能源公司總部設(shè)于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市。目前，部分新能源發(fā)電公司雖然已經(jīng)建設(shè)了能量管理平臺控制系統(tǒng)，但還存在著一些問題。因設(shè)備使用年限較長、穩(wěn)定性差，2020年多次出現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)自動死機(jī)，導(dǎo)致與調(diào)度通訊中斷?，F(xiàn)因新疆省調(diào)考核要求較嚴(yán)，如出現(xiàn)自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control，AGC)系統(tǒng)連續(xù)10分鐘超負(fù)荷或通訊數(shù)據(jù)中斷等問題，將給予全場限停24小時(shí)的處罰。

新能源快速發(fā)展的新形勢下，大規(guī)模風(fēng)電場的建設(shè)對電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來巨大挑戰(zhàn)，基于風(fēng)電場的自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control，AGC)系統(tǒng)設(shè)備硬件均老化嚴(yán)重，設(shè)備性能差，軟件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差，且在新形勢下實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化具有重要意義，國產(chǎn)化設(shè)備系統(tǒng)的使用在當(dāng)前是必須的、亦是必然的；此外物理鏈路單一，鏈路中任何一臺設(shè)備故障將造成整條鏈路故障，故障點(diǎn)多運(yùn)行穩(wěn)定性就差。本文對能量管理平臺進(jìn)行冗余功能優(yōu)化改造，確保能量管理平臺穩(wěn)定可靠與調(diào)度通訊，并按照調(diào)度指令執(zhí)行控制站內(nèi)有功功率，提高工作效率、減少問題的發(fā)生，提高系統(tǒng)有效運(yùn)行時(shí)間。

1 能量管理平臺冗余系統(tǒng)改造技術(shù)

1.1 能量管理平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)

新的能量管理平臺冗余系統(tǒng)，在解決目前場站設(shè)備硬件老化，AGC系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致與調(diào)度通訊中斷問題的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)后期不斷地精細(xì)化控制。從圖1可以看出，網(wǎng)調(diào)指令通過I區(qū)交換機(jī)將指令下發(fā)給能量管理平臺（主機(jī)或備機(jī)），能量管理平臺（主機(jī)或備機(jī)）接收到有功目標(biāo)值指令，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)將風(fēng)場的出口功率控制在目標(biāo)值附近，形成一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)。

圖1 能量管理平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 總體要求

對風(fēng)電場在已有能量管理平臺系統(tǒng)的情況下，進(jìn)行冗余功能改造和升級：

將原有能量管理平臺系統(tǒng)控制軟件改造成國產(chǎn)化平臺，新增一套能量管理平臺控制軟件，兩套軟件做冗余功能改造，但同一時(shí)間只能運(yùn)行一套軟件；需要調(diào)度配合，需要能量管理平臺與省調(diào)一區(qū)交換機(jī)直接聯(lián)合調(diào)試。保證與原本上傳給調(diào)度的數(shù)據(jù)一致；減少AGC物理鏈路中的故障節(jié)點(diǎn)，保證了與調(diào)度通訊可靠性；通過能管平臺與集控一區(qū)采集器，可以將調(diào)度通訊狀態(tài)接入集控中心，便于集中監(jiān)盤；系統(tǒng)穩(wěn)定，對硬件配置要求低，易于操作，快速恢復(fù)。

1.3 設(shè)計(jì)原則

實(shí)用性：軟件系統(tǒng)配置強(qiáng)調(diào)實(shí)用化，符合新疆新能源各場站現(xiàn)有系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)。

經(jīng)濟(jì)性：軟件系統(tǒng)配置滿足性能價(jià)格比在各種同類系統(tǒng)和條件下達(dá)到最優(yōu)，并充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行的運(yùn)行成本，并使之達(dá)到最小化。

標(biāo)準(zhǔn)性：應(yīng)用國際通用標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，保證信息交換的標(biāo)準(zhǔn)化。故障信息與數(shù)據(jù)采集滿足IEC 60870系列、MODBUS等標(biāo)準(zhǔn)，支持DL/T634.5101-2002、DL/T634.5104-2009、DL/T719-2000、CDT451-91等通信規(guī)約和協(xié)議，適應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)與不同系統(tǒng)（設(shè)備）的數(shù)據(jù)通信。

專業(yè)性：軟件系統(tǒng)注重使用功能的專業(yè)特點(diǎn)，并滿足不同專業(yè)功能的使用要求。

開放性：軟件系統(tǒng)應(yīng)遵循開放性原則，各系統(tǒng)應(yīng)提供國際標(biāo)準(zhǔn)的軟件、硬件、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等諸多方面的接口與工具，使系統(tǒng)具備良好的靈活性、兼容性和可移植性。

可擴(kuò)展性：系統(tǒng)配置已充分考慮系統(tǒng)整體所涉及的各個(gè)子系統(tǒng)的信息共享，確保系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、合理性、兼容性和可擴(kuò)展性，具有軟、硬件擴(kuò)充能力，包括增加硬件、軟件功能和容量可擴(kuò)充，可以集成不同廠商不同類型的先進(jìn)產(chǎn)品，使整個(gè)系統(tǒng)可以隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步不斷充實(shí)和提高。

安全可靠性：軟件系統(tǒng)有極高的安全性、可靠性和容錯(cuò)性，滿足相關(guān)電力調(diào)度兩項(xiàng)細(xì)則考核要求。

系統(tǒng)的可管理性：符合國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用產(chǎn)品，便于維護(hù)支持集中的管理功能以提高工作效率，減少問題的發(fā)生，提高系統(tǒng)有效運(yùn)行時(shí)間并且可以為系統(tǒng)的糾錯(cuò)、升級提供參考。

1.4 冗余功能升級技術(shù)要點(diǎn)

能量管理平臺冗余系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 能量管理平臺冗余系統(tǒng)架構(gòu)

能量管理平臺冗余功能進(jìn)行改造，在解決目前問題的同時(shí)，能夠達(dá)到如下要求：

通過優(yōu)化能量管理平臺冗余功能，以確保能量管理平臺穩(wěn)定可靠，與調(diào)度一區(qū)交換機(jī)直接通訊；鏈路由（省調(diào)AGC主站→省調(diào)一區(qū)交換機(jī)→通訊管理機(jī)→AGC監(jiān)控裝置→能量管理平臺→風(fēng)機(jī)）改造升級為（省調(diào)AGC主站→省調(diào)一區(qū)交換機(jī)→能量管理平臺主機(jī)/備機(jī)→風(fēng)機(jī)）。

融合風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)和網(wǎng)調(diào)AGC系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用多線程的先進(jìn)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和精細(xì)化調(diào)節(jié)，并按照調(diào)度指令執(zhí)行控制站內(nèi)有功功率。

系統(tǒng)兼容性好，能夠兼容各風(fēng)電場的網(wǎng)調(diào)AGC系統(tǒng)，不影響與電網(wǎng)調(diào)度的正常通訊。保證系統(tǒng)穩(wěn)定，降低對硬件配置要求，提升人機(jī)交互性。增加能量管理平臺主備機(jī)切換告警提示功能?；诒疚奶岢龅娜哂喙δ苌壖夹g(shù)要點(diǎn)，能量管理平臺冗余系統(tǒng)改造示例圖如圖3所示。

圖3 能量管理平臺冗余系統(tǒng)改造示例圖

2 能量管理平臺冗余系統(tǒng)功能特點(diǎn)

2.1 程序兼容性和穩(wěn)定性

程序架構(gòu)精簡，易于維護(hù)和啟動。主備機(jī)自動切換，切換后均有告警提示功能：主機(jī)死機(jī)后，備機(jī)會占用主機(jī)與調(diào)度通訊的IP，并且投入進(jìn)行獲取調(diào)度指令控制風(fēng)機(jī)；主機(jī)恢復(fù)后，備機(jī)切出，主機(jī)占用與調(diào)度通訊IP，進(jìn)行自動AGC調(diào)節(jié)。

2.2 程序?qū)嵱眯?/h3>

能量管理平臺冗余功能改造后，備機(jī)時(shí)刻處于熱備狀態(tài)，保證了與調(diào)度通訊可靠性；主備機(jī)的切換速度快，不影響與調(diào)度的正常通訊；主備機(jī)自動切換，切換后均有告警提示功能。

2.3 系統(tǒng)國產(chǎn)化

新安裝設(shè)備全部安裝正版國產(chǎn)系統(tǒng)，并將舊的能量管理服務(wù)器系統(tǒng)更換為正版Linux系統(tǒng)。

2.4 控制功能

冗余改造后的能量管理平臺現(xiàn)有能量管理平臺控制邏輯和效率一樣，能夠保證AGC控制的有效性。具體如下：控制的目標(biāo)。接收到網(wǎng)調(diào)指令之后，在一定時(shí)間內(nèi)將風(fēng)場的出口功率控制在該指令的有效值范圍內(nèi)；可以視為一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)。輸入是網(wǎng)調(diào)指令，反饋值是出口功率。

控制指令的獲取。程序可在1s內(nèi)獲取最新網(wǎng)調(diào)指令。當(dāng)前出口功率與最新網(wǎng)調(diào)指令的差值，大于一定值，AGC采取大步調(diào)節(jié)，保證迅速到位；反之，采取浮動調(diào)節(jié)，保證功率平穩(wěn)上升或下降，減少功率波動。

AGC閉環(huán)控制。程序每一段時(shí)間都會監(jiān)視網(wǎng)調(diào)指令和出口功率，當(dāng)出口功率不在網(wǎng)調(diào)指令允許的波動范圍內(nèi)，將進(jìn)行再調(diào)節(jié)。

修改有功限值實(shí)現(xiàn)控制。AGC如果判斷能夠通過修改有功限值實(shí)現(xiàn)控制，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)調(diào)指令與出口功率的差值，程序?qū)⒂泄ο拗敌薷臑橐粋€(gè)合理的數(shù)值，去填補(bǔ)此差值。

啟停機(jī)觸發(fā)條件。AGC如果判斷已經(jīng)無法通過修改有功限值來實(shí)現(xiàn)有功的提升和降低后，會觸發(fā)啟停機(jī)策略。

優(yōu)化啟停機(jī)功能。停機(jī)策略：AGC可以查詢SCADA歷史數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每臺風(fēng)機(jī)最近發(fā)生的故障次數(shù)和相關(guān)信息。如果用戶在參數(shù)配置中選中按照故障次數(shù)優(yōu)先停機(jī)，AGC在需要進(jìn)行停機(jī)時(shí)，將優(yōu)先將故障次數(shù)多的風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)，風(fēng)機(jī)臺數(shù)根據(jù)需要降低的功率值來選擇，保證停機(jī)效果能夠一次到位。在實(shí)現(xiàn)停機(jī)后，30s內(nèi)都不會再對風(fēng)機(jī)進(jìn)行再停機(jī)，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的停機(jī)從并網(wǎng)到待機(jī)需要一段時(shí)間，防止造成過度停機(jī)。啟動策略：AGC可以查詢SCADA歷史數(shù)據(jù)，AGC系統(tǒng)將不會對近期內(nèi)有SCADA手動停機(jī)記錄的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動。AGC在需要啟動風(fēng)機(jī)的時(shí)候，將符合風(fēng)速條件的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動操作，啟動臺數(shù)根據(jù)風(fēng)速預(yù)測的功率值來選擇，保證啟動效果能夠一次到位。在實(shí)現(xiàn)啟動后，60s內(nèi)都不會再對風(fēng)機(jī)進(jìn)行再啟動，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)從待機(jī)到并網(wǎng)需要一段時(shí)間，防止造成過度啟機(jī)。系統(tǒng)可以靈活設(shè)置風(fēng)機(jī)優(yōu)化控制策略，動態(tài)擬合各機(jī)位的理論功率曲線。

AGC整體約束。在需要提升或者下調(diào)出口功率時(shí)，AGC程序會保證控制是持續(xù)并且有效地，保證出口功率不會上下波動。

2.5 能量管理平臺冗余系統(tǒng)優(yōu)化效果

在能量管理平臺冗余數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)模塊通訊等設(shè)備使用聯(lián)想、華為等國產(chǎn)品牌硬件，安裝正版國產(chǎn)Linux系統(tǒng)，既滿足了風(fēng)電場能量管理平臺冗余功能，又滿足了網(wǎng)絡(luò)安全性的要求，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

大大提高了能量管理平臺系統(tǒng)硬件性能、數(shù)據(jù)傳輸速度。實(shí)現(xiàn)了能量管理雙系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行實(shí)時(shí)精確控制，滿足負(fù)荷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和風(fēng)機(jī)精細(xì)化管理要求。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可支持集控中心和風(fēng)電場的雙回路冗余互備；保證系統(tǒng)穩(wěn)定，降低對硬件配置要求，提升人機(jī)交互性。

綜上，本文主要針對風(fēng)電場當(dāng)前實(shí)際情況，優(yōu)選采用兩套能量控制系統(tǒng)作為主備機(jī)，在現(xiàn)有能量管理平臺設(shè)備和新裝設(shè)備上，優(yōu)先啟動主機(jī)的程序，當(dāng)主機(jī)發(fā)生問題的時(shí)候自動切換為備機(jī)進(jìn)行AGC調(diào)節(jié)，主機(jī)恢復(fù)投運(yùn)，自動切換到主機(jī)進(jìn)行AGC調(diào)節(jié)，切換后均有告警提示功能，保障平臺正常運(yùn)行；鏈路優(yōu)化升級，確保能量管理平臺穩(wěn)定可靠與調(diào)度通訊，與調(diào)度一區(qū)交換機(jī)直接通訊，提高工作效率，減少問題的發(fā)生，提高系統(tǒng)有效運(yùn)行時(shí)間。