風(fēng)電場調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、風(fēng)電場調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要:中國的風(fēng)電從起步到高速發(fā)展,經(jīng)歷時(shí)間短,風(fēng)電場調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足,從而導(dǎo)致風(fēng)電給電力系統(tǒng) 帶來的諸多影響。本文結(jié)合風(fēng)電場及風(fēng)電機(jī)組自身所具備調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行特點(diǎn),論述風(fēng)電場調(diào)度自動(dòng)化系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,引入 AVC (自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)、有功功率控制系統(tǒng)、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)及其它風(fēng)力監(jiān)測 和報(bào)警等輔助系統(tǒng),建立風(fēng)電場與電網(wǎng)系統(tǒng)良好的調(diào)度方式,從而使風(fēng)電場 切實(shí)參 與到電網(wǎng)調(diào)度和系統(tǒng) 安 全穩(wěn)定 的 維護(hù) 中。關(guān)鍵詞:安全穩(wěn)定; 調(diào)度自動(dòng)化 ; 電壓控制(AVC ; 功率控制 ; 風(fēng)電功率預(yù)測0 引言風(fēng)力發(fā)電 作為一個(gè) 間 歇性 、多 變 化的電 源 , 大型 的風(fēng)電

2、場 開 發(fā) 必然會(huì)面臨如何順利接 入電 網(wǎng)和發(fā)電功率 如何平穩(wěn) 調(diào)度的 問題 。 中國的風(fēng)電 場 主要位于遠(yuǎn)離負(fù)載 中 心 的 地區(qū) , 并且當(dāng)?shù)?的電 網(wǎng)調(diào)節(jié)能力 較弱 , 這對于 風(fēng)電的發(fā)展 構(gòu)成了限 制。 這一 點(diǎn) 已 經(jīng) 成為 中國 今后 風(fēng)電發(fā)展 面臨 的 最 大問題 。電網(wǎng) 末端 網(wǎng) 架 結(jié) 構(gòu) 不 夠堅(jiān)強(qiáng) 、 電 源 結(jié) 構(gòu)較為 單一 , 風(fēng)電 大規(guī)模接 入 對這些地區(qū) 電網(wǎng) 穩(wěn)定 運(yùn)行 帶來 很大 壓力 ;另外 ,風(fēng)電機(jī)組 大 多 采用異 步發(fā) 電機(jī), 其 對 電網(wǎng) 安全穩(wěn)定 的影響與 常規(guī)同 步發(fā)電 機(jī)組不 同;并且 ,風(fēng)的 波 動(dòng) 性 使風(fēng)電場的 輸出 功 率具有 隨 機(jī)

3、性 ,機(jī)組 出 力 波 動(dòng) 范圍通常較大 ,速 度 也較快 , 在 電網(wǎng) 沒 有 儲 能設(shè)備的 支持下 , 無法 像 其 他 常規(guī) 電 源 那樣 對 其 出 力 進(jìn) 行調(diào)度和控制, 這對 電力系統(tǒng) 維持 供需 平 衡 的能力 產(chǎn)生 影響, 給 電力系統(tǒng) 各類 電 源 的調(diào)度運(yùn)行方式帶來 很 多 困 難 。隨 著 風(fēng)電場 規(guī)模 的 擴(kuò) 大 , 風(fēng)電 裝 機(jī) 容量 在 電 網(wǎng)中所 占比例越 來 越 高, 其 對 電網(wǎng)的影響 范圍也 從 局部逐漸擴(kuò) 大 , 風(fēng)電 并 網(wǎng)所帶來的電壓 穩(wěn)定性 問題 、 暫態(tài) 穩(wěn)定性 及 頻 率 穩(wěn)定性問題 都凸現(xiàn) 出 來。 為 提 高風(fēng)電 外 送 能力, 改善 風(fēng)電

4、并 網(wǎng)電能 質(zhì)量 , 在 風(fēng)電場設(shè)計(jì)中 應(yīng) 采用 先進(jìn)技術(shù) , 如 :風(fēng)電場自動(dòng) 電壓控制系統(tǒng)(A VC 、有功功率控制系統(tǒng)、風(fēng)能 預(yù)測系統(tǒng)及其 他 輔助系統(tǒng), 配 合風(fēng)電場及 升 壓 站 的 動(dòng) 態(tài) 無 功 補(bǔ)償 設(shè)備、 變 壓 器 有 載 調(diào)壓設(shè)備、風(fēng)電機(jī) 組自身控制系統(tǒng), 實(shí) 現(xiàn) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和 集 中式 無 功 補(bǔ)償 設(shè)備等 無 功 輸出 的 協(xié) 調(diào), 對 各雙饋 機(jī)組的 無 功 指令進(jìn) 行動(dòng) 態(tài)優(yōu) 化 分配 , 從而 增 強(qiáng) 風(fēng)電場 無 功 -電壓 調(diào)節(jié)能力 ; 基 于 風(fēng)電功率預(yù)測的風(fēng)電場自動(dòng)發(fā)電控 制(AGC 方 案 ,控制風(fēng)機(jī) 出 力, 增 強(qiáng)了 風(fēng)電系統(tǒng) 的 可 控 性 。

5、通 過 這些 技術(shù)手段 ,建立起風(fēng)電場與電 網(wǎng)系統(tǒng)的良好 溝 通 和 互 動(dòng),使風(fēng)電場 在 保障 電力系 統(tǒng)的調(diào)度和 安全穩(wěn)定 運(yùn)行中起到 積極 主 動(dòng)的 作用 。 1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)變 速 恒頻 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 一個(gè) 突 出 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 可以 實(shí) 現(xiàn) 有功、 無 功的 解耦 控制, 因此 風(fēng)電場 在 電力系統(tǒng)中 既可以 作為 有功電 源也 可以 作為無 功電 源 。而 且 , 采用變 速 恒頻 發(fā)電方式, 可按照 捕獲 最大 風(fēng)能的 要 求 在 風(fēng)速 變 化的 情況 下實(shí) 時(shí) 地 調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī) 轉(zhuǎn) 速,使 之始終 運(yùn)行 在最 佳轉(zhuǎn) 速 上 ,從而 提 高 了 機(jī)組發(fā)電 效 率, 優(yōu) 化

6、 了 風(fēng)力機(jī)的 運(yùn)行 條件 ;通 過 控制 槳距 角 , 還 可以 在最 佳 處理 水 平 的 前 提 下 控制機(jī)組有功 輸出 , 來 滿 足系統(tǒng)調(diào) 度的 要 求 。 本文 以 目前 主 流 的 變 速 恒頻雙饋 風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組 為 例 , 分 析 變 速 恒頻 機(jī)組的有功和 無 功 功率控制能力。當(dāng) 風(fēng)速 在切 入風(fēng)速 以上 、 額 定 風(fēng)速 以 下 時(shí), 雙饋 異 步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 通常采用最大 風(fēng)能 追蹤 控制,從而 保 證 最 佳 的有功功率 輸出 。不 同 風(fēng)速 下 的功率 轉(zhuǎn) 速特 性 曲線 如下 圖 所 示 : 圖 1 功率轉(zhuǎn)速特性曲線可以 看 出 , 在同一個(gè) 風(fēng)速 下 ,不 同

7、 轉(zhuǎn) 速 會(huì) 使 風(fēng)力機(jī) 輸出 不 同 的功率, 要 想追蹤 P opt 曲線 , 必 須 在 風(fēng)速 變 化時(shí)及時(shí)調(diào) 整 轉(zhuǎn) 速 r , 保 持最 佳 葉尖 速 比 。在 風(fēng)速 超 出 額 定 風(fēng)速時(shí), 風(fēng)電機(jī)組 受 功率 輸 出限 制, 需 要 控制 槳距 角 來 維持 風(fēng)電機(jī)組機(jī) 械 功 率不 超 出 其 額 定 功率, 從而 保 護(hù) 風(fēng)電機(jī)組不 會(huì) 過 載 及 避免 風(fēng)電機(jī)組機(jī) 械損壞 的 危險(xiǎn) 。 同 時(shí)控制 槳距 角 , 可以 在最 佳 出 力 水 平 的 前 提 下 控制機(jī)組有 功 輸出 ,來 滿 足系統(tǒng)調(diào)度的 要 求 。1.2 無功功率調(diào)控能力分析雙饋 機(jī)組具有發(fā) 出無 功功率的

8、能力, 其 無 功 功率 極 限范圍隨 著 風(fēng)速的 增 大 而 縮小 , 當(dāng) 風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組 輸 入風(fēng)速 超 過 額 定 轉(zhuǎn) 速, 發(fā)電機(jī) 進(jìn) 入 恒轉(zhuǎn) 速和 恒 功率運(yùn)行 狀 態(tài) 時(shí), 機(jī)組的 無 功 極 限 基 本不 變 ,發(fā)電機(jī)的 無 功調(diào)節(jié)能力 明顯 下 降 。 目前 雙饋 異 步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 無 功功率控制 策略 主要 包 括 :恒 功率 因 數(shù) 控制、 恒 端 電壓控制、 最 優(yōu)補(bǔ)償 控制。(1 恒 功率 因 數(shù) 控制。 當(dāng) 小 規(guī)模 風(fēng)電場 接 入電網(wǎng), 風(fēng)電場 輸出 功率 變 化 對 電網(wǎng)的影響 可以 忽略 , 此 時(shí) 通常采用 恒 功率 因 數(shù) 控制 模 式。 在實(shí) 際 中

9、, 通常采用單位 功率 因 數(shù) 控制,設(shè) 定 整 個(gè) 風(fēng) 電機(jī)組與電網(wǎng)不 交換 無 功功率(功率 因 數(shù) 為 1。 (2 恒 端 電壓控制。 當(dāng) 風(fēng)電場 規(guī)模較大 或 接 入 弱 電網(wǎng)時(shí), 風(fēng)電場 輸出 的功率 隨 風(fēng)速 波 動(dòng) 容 易造 成接 入點(diǎn)電壓 波 動(dòng), 嚴(yán)重 時(shí)導(dǎo)致電壓 水 平 越 限 , 危 及風(fēng)電機(jī)組的 持 續(xù) 并 網(wǎng)運(yùn)行。所 以需 要采 用 恒 端 電壓控制, 以 接 入點(diǎn)電壓 為 控制 目標(biāo) , 通 過改 變無 功功率的 輸出 , 實(shí) 現(xiàn) 閉環(huán) 控制,從而 維 持接 入點(diǎn)電壓 穩(wěn)定 , 提 高電能 質(zhì)量 。(3 最 優(yōu)補(bǔ)償 控制。 當(dāng) 風(fēng)電場 接 入 強(qiáng) 電網(wǎng) 時(shí), 為了

10、充 分 發(fā) 揮 風(fēng)電場的 無 功調(diào)節(jié)能力, 以 接 入點(diǎn) 鄰近 負(fù) 荷 的 無 功 需求 、 電網(wǎng) 過 剩 無 功功率 吸 收或 以 降低 發(fā)電機(jī)自身 損耗 為 控制 目標(biāo) , 提 出了 考慮 無 功功率 極 限 和所 接 入電力系統(tǒng) 實(shí) 際 運(yùn)行 方式的動(dòng) 態(tài) 無 功 最 優(yōu)補(bǔ)償 控制方式。2風(fēng)電場安全與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)雙饋 風(fēng)力機(jī)組、 直驅(qū) 風(fēng)力機(jī)組具有 連續(xù) 的有 功、 無 功調(diào)節(jié)能力。 隨 著 這些 機(jī)組的 普 及,風(fēng)機(jī) 本身的調(diào)節(jié)能力 可 使風(fēng)電場 成為 有 潛 力的 優(yōu)質(zhì) 電 源 。而 且 , 近年 來 伴 隨大 容量 電力電 子 技術(shù) 的 日趨 成 熟 , 變 速 恒頻 風(fēng)力發(fā)電系

11、統(tǒng) 將 電力電 子 技 術(shù) 、 控制 技術(shù) 和 微 機(jī) 信息處理 技術(shù) 引入到發(fā)電機(jī) 控制中, 極 大 的 改善 了 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特 性 。所 以 , 綜 合 利用 好風(fēng)電機(jī)組自身 優(yōu) 勢 成為 風(fēng) 電場 安全 與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 關(guān)鍵 。目前 , 在 風(fēng)電場機(jī)組 協(xié) 調(diào)控制、調(diào)度自動(dòng)化 中 應(yīng) 用較為 廣泛 的系統(tǒng) 主要 包括 :自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng) (AVC 、 功率控制系統(tǒng)、 風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)。 下面對 各 個(gè) 系統(tǒng) 進(jìn) 行 詳細(xì)介紹 。電壓 -無 功控制 是 風(fēng)電場調(diào)度 最 關(guān) 心 的 內(nèi) 容 之 一 。風(fēng)電場電壓 -無 功調(diào)節(jié)特 性 的 復(fù)雜 性 和不 同 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 無

12、功控制系統(tǒng)的多 樣 性 , 都 要 求 有 一 套完 善 的 協(xié) 調(diào)控制系統(tǒng)來 充 分 發(fā) 揮 變 速 恒 頻 風(fēng)機(jī)自身的 無 功調(diào)節(jié)能力, 實(shí) 現(xiàn) 風(fēng)電場 連續(xù) 的 無 功調(diào)節(jié)。 AVC 是 風(fēng)電場 適 應(yīng) 電網(wǎng) 需 要 與 提 高 自身 管 理水 平 的 雙 重 需 要 。風(fēng)電場自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AVC 是 一個(gè)在 現(xiàn) 有風(fēng)機(jī) SCADA 與 變 電 站 SCADA 基 礎(chǔ) 上 , 利 用變 速 恒頻 風(fēng)電機(jī)組自身 無 功調(diào)節(jié)能力, 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 閉環(huán) 、 協(xié) 調(diào)控制風(fēng)電場所有的 無 功 /電壓調(diào)節(jié) 設(shè)備(包括 :有 載 調(diào)壓 變 壓 器 、 集 中 無 功 補(bǔ)償裝 置 和 變 速 恒頻

13、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)等 ,從而 滿 足風(fēng)電場 并 網(wǎng) 綜 合 需求 的監(jiān)控 管 理 系統(tǒng)。中國風(fēng)電場 一 般 采用 集 約 式 開 發(fā) 模 式, 風(fēng)電 場 配 套 建設(shè) 升 壓 變 電 站 , 就 地 升 壓 后通 過 中 /高 壓 輸 電網(wǎng) 絡(luò) 將 電能 輸 送 到系統(tǒng) 變 電 站 。 由 于 風(fēng)電 場本 地 電網(wǎng) 負(fù) 荷 一 般 較 少 , 各類 電壓 /無 功控制 措施 主要 針 對 PCC (風(fēng)電場 并 網(wǎng)點(diǎn)和 公共 電網(wǎng) 連 接 的 第 一 落 點(diǎn) 實(shí) 施 。風(fēng)電場自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 的 目 的 是 利用最 小 的調(diào)節(jié) 成 本, 在 保 證 電壓 安全 的 前 提 下 ,使風(fēng)電場 PCC 的

14、無 功電壓 水 平 處 于 預(yù) 期 的 U-Q 區(qū) 域 。綜 合 考慮 風(fēng)電場的 各 種 無 功電壓控制 手段 , 可以 將 風(fēng)電場自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AVC 劃 分 為 3層 結(jié) 構(gòu) 。 頂層 是 風(fēng)電場 內(nèi) 部 、風(fēng)電場與電網(wǎng) 協(xié) 調(diào) 決 策 模 塊 , 根據(jù) 系統(tǒng)調(diào)度 要 求 及 PCC 的 無 功 電壓 水 平 協(xié) 調(diào)風(fēng)電機(jī) 群 與 集 中 無 功 補(bǔ)償 設(shè)備的 控制 量 , 通 過 控制和 分配 策略 , 分 別 給 出 風(fēng)力發(fā) 電機(jī) 群總 無 功 補(bǔ)償量 、 無 功 補(bǔ)償 設(shè)備 總 無 功 補(bǔ)償 量 和 變 壓 器 擋 位 調(diào) 整 量 等 ; 中間 層 是 風(fēng)機(jī) 群決 策 模 塊 ,

15、 在接 到 上 層 調(diào)控 指令 后 根據(jù)每臺 機(jī)組 當(dāng) 前 不 同 運(yùn)行的 狀 態(tài) 和 相 應(yīng) 的 無 功 極 限范圍 , 將 風(fēng)力 發(fā)電機(jī) 群 的 總 補(bǔ)償量按 一定 的 優(yōu) 化 原則 , 在 所有 參 與 無 功電壓調(diào)節(jié)的 可 控風(fēng)力發(fā)電機(jī)間 進(jìn) 行 分 攤 ; 底層 是 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 現(xiàn) 地 控制 模 塊 , 由 各 風(fēng)力 發(fā)電機(jī) 變 頻器 控制系統(tǒng) 在 其 無 功 可 控 域 內(nèi) 進(jìn) 行 恒 功率 因 數(shù) 控制 或 恒 無 功 輸出 控制。風(fēng)電場 接 入電力系統(tǒng) 技術(shù) 規(guī)定要 求:風(fēng)電場 應(yīng)配 置 無 功電壓控制系統(tǒng), 具備 無 功功率及電壓 控制能力 ; 根據(jù) 電網(wǎng)調(diào)度 部 門 指令

16、,風(fēng)電場自動(dòng) 調(diào)節(jié)其發(fā) 出 (或吸收 的 無 功功率, 實(shí) 現(xiàn) 對并 網(wǎng) 點(diǎn)電壓的控制 ; 其調(diào)節(jié)速度和控制 精 度 應(yīng) 能 滿 足 電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的 要 求 。 在 AVC 系統(tǒng)的 三層 結(jié) 構(gòu) 中, 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 無 功控制 主要 由 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí) 現(xiàn) ; 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 群 無 功 分 攤決 策 、風(fēng)力發(fā)電機(jī) 群 與 集 中 補(bǔ)償 設(shè)備的 協(xié) 調(diào) 策略 是 AVC 系統(tǒng) 研究 的 重 點(diǎn)。 AVC 系統(tǒng) 是 一個(gè) 多 目標(biāo) 、 多系統(tǒng) 協(xié) 調(diào) 優(yōu) 化控制 過 程 , 需 要 風(fēng)電場本 地 升 壓 站 綜 合自動(dòng)化 系統(tǒng)、風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電場自動(dòng)控制系統(tǒng)和 無 功 補(bǔ)償 設(shè)備 共 同 完 成

17、 。 需 要 根據(jù)每 個(gè) 風(fēng)電場機(jī) 型 選 型 的不 同 、 補(bǔ)償 方式的不 同 ,制 定出 符 合 每 個(gè) 風(fēng)電場 實(shí) 際狀 況 的 無 功 源 設(shè)備 協(xié) 調(diào)控制 策略 。 風(fēng)電場的具 體 控制 目標(biāo) 由 風(fēng)電場本 地 AVC 控制 系統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) , 作為 風(fēng)電自動(dòng)電壓控制系統(tǒng) 最 高 決 策 層 的 AVC 系統(tǒng) 站 直 接 從電力系統(tǒng) 省 /區(qū) 調(diào)的 數(shù) 據(jù) 采 集 與監(jiān)控 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù)庫 獲 取 各 風(fēng)電控制 區(qū) 域 以 及 各 風(fēng)電場的電壓 無 功 數(shù) 據(jù) , 合 理整 定 目標(biāo) 風(fēng)電 場 PCC 的 U -Q 可 行 域邊界 ,從而 修正 目標(biāo) 風(fēng) 電場 母 線 控制電壓設(shè) 定

18、值 及 各 風(fēng)電場的 無 功 輸 出 , 同 時(shí) 配 合 區(qū) 域 內(nèi) 變 電 站 及電 廠 進(jìn) 行電壓 無 功 協(xié) 調(diào)控制。2.2 有功功率控制系統(tǒng)風(fēng)電場 接 入電力系統(tǒng) 技術(shù) 規(guī)定要 求:風(fēng)電場 應(yīng)配 置 有功功率控制系統(tǒng),具備有功功率調(diào)節(jié)能 力 ;接 收 并 自動(dòng) 執(zhí) 行調(diào)度 部 門 遠(yuǎn) 方發(fā) 送 的有功功率 控制 指令 , 實(shí) 現(xiàn) 對 其有功功率 輸出 的 連續(xù) 平 滑 控 制 ; 確 保 風(fēng)電場有功功率 值 及有功功率 變 化 值 不 超 過 電網(wǎng)調(diào)度 部 門 的給 定 值 。風(fēng)電場有功功率控制, 主要 涉 及風(fēng)電場有功功率 變 化 限 值 、 緊急 控制。 在 風(fēng)電場的 實(shí) 際 控制

19、 環(huán) 節(jié)中, 有功功率控制 系統(tǒng) 采用 類 似傳 統(tǒng) AGC 的 遙 調(diào)方式, 根據(jù) 風(fēng)電機(jī) 組自身的有功功率控制特點(diǎn), 將 風(fēng)電場的有功 指 令 合 理 優(yōu) 化 分 攤 , 自動(dòng)控制風(fēng)電場 每臺 機(jī)組的 出 力, 在 確 保 電網(wǎng) 安全穩(wěn)定 運(yùn)行的 前 提 下最大限 度 地 提 高風(fēng)電場的有功 輸出 , 力 爭達(dá) 到風(fēng)電場機(jī) 群 出 力 整 體 最 優(yōu) 化的 目標(biāo) ; 此 外 , 還 可以 通 過 遙 控 方式 投 切 饋 線 開 關(guān) , 實(shí) 現(xiàn) 風(fēng)電機(jī)組的 啟停 控制, 可 用于 緊急 情況 。大型 風(fēng)電有功 智 能控制系統(tǒng) 包 含 調(diào)度中 心 站 、控制 主 站 、風(fēng)電場控制 子 站 及

20、風(fēng)機(jī) 現(xiàn) 地 控制 等 部分 。其中,調(diào)度中 心 站 根據(jù) 風(fēng)電場功率預(yù)測 系統(tǒng) 上 傳 的短 期 風(fēng)電功率預(yù)測 數(shù) 據(jù) 、 聯(lián)絡(luò) 線 計(jì) 劃 、短 期 負(fù) 荷 預(yù)測 數(shù) 據(jù) ,計(jì)及 安全 約束 、節(jié)能、 環(huán) 保 等 因 素 , 考慮 風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的 誤差 , 實(shí) 現(xiàn) 預(yù)測的風(fēng)電功率、電 量 參 加 發(fā) 供 電 平 衡 ?？刂?主 站 將 調(diào)度中 心 站生 成 的 各 個(gè) 受 控風(fēng)電場的 允 許 最大 有功功率發(fā)電 曲線 下 發(fā)到 相 應(yīng) 的風(fēng)電場 執(zhí) 行, 在 抵消 風(fēng)電功率、 負(fù) 荷 預(yù)測的 誤差 和電網(wǎng) 運(yùn)行方式 變 化所帶來的不 利 影響的 前 提 下 盡 可 能多 地接 納 風(fēng)電

21、。 風(fēng)電場有功功率控制 子 站 作為 風(fēng)電有功控制 執(zhí) 行 站 , 能 夠?qū)?時(shí)監(jiān)測風(fēng)電場 各 風(fēng) 機(jī)的 出 力, 并 根據(jù) 控制 主 站 下 發(fā)的風(fēng)電場計(jì) 劃 曲 線 和 實(shí) 時(shí) 指令 , 按各 臺 風(fēng)機(jī)不 同 的運(yùn)行 狀 態(tài) 自動(dòng) 分配 每臺 機(jī)組 出 力, 實(shí) 現(xiàn) 最 優(yōu) 化控制, 保 證 切 機(jī) 臺 數(shù) 最 少 ;并實(shí) 現(xiàn) 超 發(fā) 告 警及 超 時(shí) 超 發(fā) 切 機(jī)功 能。2.3 風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電具有間 歇性 、 隨 機(jī) 性 和不 可 控制的特 點(diǎn), 為了 保障 電網(wǎng)的 安全穩(wěn)定 運(yùn)行,電網(wǎng) 需 要 預(yù) 留 風(fēng)電 最大出 力的備 用 容量 來 平 衡 風(fēng)電的 波 動(dòng)。 當(dāng) 前 我

22、 國的風(fēng)電 比例 相 對較 小 ,電網(wǎng) 還 有能力 應(yīng) 對 , 但 是 隨 著 風(fēng)能 規(guī)模 的不 斷 擴(kuò) 大 , 以 及 未 來 海 上 風(fēng)電的 發(fā)展,電網(wǎng)的 主 動(dòng) 性 將 逐 步 降低 。所 以 , 在 風(fēng)電場 建設(shè)中有 必要 引入風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng), 并 不 斷 提 高 預(yù)測 精 度, 盡 可 能 減 少由 于 風(fēng)電 接 入 對 系統(tǒng)調(diào) 峰 容 量 的 增量需求 ,從而 提 高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì) 性 及電網(wǎng) 接 納 風(fēng)電的能力。風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)能 夠采 集 風(fēng)機(jī)、測風(fēng) 塔 、風(fēng) 電場功率、 數(shù) 值 天氣 預(yù)報(bào)、風(fēng)電場本 地 風(fēng)電功率預(yù) 測結(jié) 果 等 數(shù) 據(jù) 。系統(tǒng) 可 根據(jù) 風(fēng)電場所 處 地

23、 理 位 置 的 氣候 特 征 和風(fēng)電場歷 史 數(shù) 據(jù) 情況 , 采用 物 理 方 法 和 統(tǒng)計(jì)方 法 相 結(jié)合的預(yù)測方 法構(gòu) 建特 定 的預(yù)測 模型 進(jìn) 行風(fēng)電場的功率預(yù)測。 目前 應(yīng) 用 的風(fēng)電場功率預(yù) 測系統(tǒng) 采用單 機(jī)系統(tǒng) 配 置 ,功率預(yù)測 服務(wù) 器 完 成 數(shù) 據(jù) 采 集 、 數(shù) 據(jù) 處理 、統(tǒng)計(jì) 分 析 、預(yù)測建 模 、功率預(yù) 測、 數(shù) 據(jù) 存 儲 、 數(shù) 據(jù) 接 口 、 圖 形 生 成 顯示 、報(bào) 表 制 作 打印 等 全 部 系統(tǒng) 應(yīng) 用 功能 ; 同 時(shí) 根據(jù) 風(fēng)電場 接 入 電力系統(tǒng) 技術(shù) 規(guī)定要 求:風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng) 可以 向 電網(wǎng)調(diào)度 傳 送 風(fēng)電功率預(yù)測結(jié) 果 ,風(fēng)

24、電場 每 15min 自動(dòng) 向 電網(wǎng)調(diào)度 部 門 滾 動(dòng) 上 報(bào) 未 來 15min 4h 的風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測 曲線 , 預(yù)測 值 的時(shí)間 分 辨 率 為 15min ; 風(fēng)電場 每 天 按照 電網(wǎng)調(diào)度 部 門 規(guī)定 的 時(shí)間 上 報(bào) 次 日 024 時(shí)風(fēng)電場發(fā)電功率預(yù)測 曲線 , 預(yù)測 值 的時(shí)間 分 辨 率 為 15min 。通 過 風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測結(jié) 果 ,電網(wǎng)調(diào)度 部 門 可以 合 理 安 排 發(fā)電計(jì) 劃 , 減 少 系統(tǒng)的 旋 轉(zhuǎn) 備 用 容量 , 提 高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì) 性; 提 前 預(yù)測風(fēng)電功率 的 波 動(dòng),合 理 安 排 運(yùn)行方式和 應(yīng) 對 措施 , 提 高電網(wǎng) 的 安

25、全性 和 可 靠 性;對 風(fēng)電 進(jìn) 行有 效 調(diào)度和 科學(xué) 管 理 , 提 高電網(wǎng) 接 納 風(fēng)電的能力 ; 指 導(dǎo)風(fēng)電場的 消 缺 和計(jì) 劃 檢 修 , 提 高風(fēng)電場運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì) 性 。3 設(shè)計(jì)與應(yīng)用根據(jù) 電力系統(tǒng)調(diào)度 管 理 規(guī) 程 規(guī)定 :凡 是 并 入電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電 廠 所 屬 設(shè)備, 按 統(tǒng) 一 調(diào)度、 分 級 管 理 的 原則 , 由 接 入電網(wǎng)所 在地區(qū) 的電力調(diào)度所 實(shí) 施 統(tǒng) 一 調(diào)度 管 理 。風(fēng)場 升 壓 站 參 照 該 條例 及調(diào)度 規(guī) 程 , 按 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的 總體 要 求配 置相 應(yīng) 的調(diào)度 自動(dòng)化設(shè)備。實(shí) 現(xiàn) 風(fēng)電場調(diào)度控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、 全面 化和 智 能化

26、是 風(fēng)電場 融 入電網(wǎng) 管 理 體 系的 關(guān)鍵 。 優(yōu) 化 后 的風(fēng)電場調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng) 將 風(fēng)電場 內(nèi) 所有設(shè)備組 織 成一個(gè) 有機(jī) 整 體 , 即 可 實(shí) 現(xiàn) 有功功率控制、電壓 -無 功控制、 風(fēng)電功率預(yù)測, 還 能 夠通 過 風(fēng)力監(jiān)測和 報(bào)警系統(tǒng)、發(fā)電報(bào) 價(jià) 輔助 決 策 系統(tǒng)、電力 市 場 交易 終 端 系統(tǒng)等輔助系統(tǒng) 進(jìn) 行發(fā)電與 檢 修 計(jì) 劃 安 排 等 高 級 應(yīng) 用 功能。 通 過 響 應(yīng) 電網(wǎng)的調(diào)度 需求 、報(bào) 送 風(fēng) 電場運(yùn)行 狀 態(tài) 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) ,使風(fēng)電場 成為 電網(wǎng)的 一個(gè) 可 預(yù)測、 可 調(diào)節(jié)和 可 靠 的電 源 。在實(shí) 際 風(fēng)電場自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,風(fēng)電場調(diào)

27、度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 圖 附 圖 1所 示 :4 結(jié)論風(fēng)電間 歇性 和 隨 機(jī) 性 的特點(diǎn), 增 加 了 電網(wǎng)調(diào)度 的 難 度 ; 而 區(qū) 域 電網(wǎng)的調(diào)度能力 受 到多方 面限 制, 無法 保 持 與風(fēng)電 一 致的 增 長 速度 ;同 時(shí),網(wǎng) 內(nèi) 消納 和 外 送 風(fēng)電的 各 種 技術(shù) 方 案 , 一定 程 度 上 還 面臨 著 因 政 策 缺失 而帶來的不 確 定性 。 因此 , 更 加完 善 的 風(fēng)電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng) 成為 目前 解 決 問題 的 關(guān)鍵 ,電 網(wǎng) 企業(yè) 和風(fēng)力發(fā)電 企業(yè) 要 積極轉(zhuǎn) 變 認(rèn)識 , 積極 采 取 應(yīng) 對 措施 接 納 和合 理 開 發(fā)風(fēng)電。作為開 發(fā)風(fēng)能的發(fā)電 企

28、業(yè) , 在 風(fēng)電場建設(shè)中 根 據(jù) 政 策 和電網(wǎng) 接 入系統(tǒng)的 要 求 , 正 在 積極 采 取 應(yīng) 對 措施 , 通 過 合 理 的 配 置 新 型 的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)使風(fēng) 場能 夠 更深 度的 參 與到電網(wǎng)的調(diào)度中 ;并 配 合風(fēng)機(jī) 制 造 廠 家 不 斷 改善 的風(fēng)機(jī)控制調(diào)控能力和 低 電壓 穿 越 能力, 提 高風(fēng)電場的 綜 合 并 網(wǎng) 性 能。本文 介紹 了 目前 風(fēng)電場自動(dòng)化設(shè)計(jì)中 用于 優(yōu) 化風(fēng)電場 并 網(wǎng)和調(diào)度控制能力的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng) 設(shè)備 :AVC (自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)、有功功率控制 系統(tǒng)、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)。結(jié)合 風(fēng)電場 接 入電力 系統(tǒng) 技術(shù) 規(guī)定 , 對 各 個(gè) 系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)

29、 和 主要 功能 進(jìn) 行 總 結(jié), 為 風(fēng)電場 規(guī) 劃 、 可 研 和 施 工 設(shè)計(jì) 工 作 提供 參 考 。附圖 1 :參考文獻(xiàn):1 李俊峰 , 施 鵬飛 , 高 虎 . 中國風(fēng)電發(fā)展報(bào) 告 2010M. 海 南 出 版社 , 2010.2 葉 杭冶 . 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制 技術(shù) M. 北京 : 機(jī) 械 工業(yè) 出 版社 , 2006.3 劉 其 輝 , 賀益康 , 趙仁德 . 交流 勵(lì)磁 變 速 恒頻 風(fēng)力發(fā)電 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 行 與 控 制 J. 電 工 技 術(shù) 學(xué) 報(bào) ,2008, 23(1: 129136.4 遲永寧 . 大型 風(fēng)電場 接 入電網(wǎng)的 穩(wěn)定性問題 研究 D. 北 京 : 中國電力 科學(xué) 研究 院博士 論文 , 2006.5 D. Santos-Martin, S. Arnaltes