一種1.5MW風(fēng)電場有功控制裝置調(diào)節(jié)能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

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一種1.5MW風(fēng)電場有功控制裝置調(diào)節(jié)能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

*聯(lián)合動力風(fēng)電技術(shù)中心項目：《大型風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)國產(chǎn)化應(yīng)用及推廣》《分布式風(fēng)電技術(shù)研究》

隨著大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)，電網(wǎng)對在網(wǎng)運(yùn)行的各類風(fēng)電機(jī)組提出了并網(wǎng)安全的要求限制。在2012年國家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布的《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求風(fēng)電場應(yīng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門指令控制其有功功率輸出。為了實現(xiàn)對有功功率的控制，風(fēng)電場需配置有功功率控制系統(tǒng)（裝置），接收并自動執(zhí)行調(diào)度部門遠(yuǎn)方發(fā)送的有功功率控制信號，確保風(fēng)電場最大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。在山西區(qū)國電電網(wǎng)自動化處的運(yùn)行細(xì)則中明確規(guī)定不具備有功功率調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場，每月按全場當(dāng)月上網(wǎng)電量的1%進(jìn)行考核。

上述有功控制裝置在2014年底完成調(diào)試，以下正文對在山西龍源某現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行細(xì)則研究了測試數(shù)據(jù)，最終得出結(jié)論。

平臺依托

風(fēng)電場能量并網(wǎng)智能管理系統(tǒng)（以下簡稱能量管理平臺）以Vestore-SCADA組態(tài)軟件為依托，是以風(fēng)電場有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)為基本功能，并涉及風(fēng)電場內(nèi)多種設(shè)備協(xié)調(diào)控制，多項功能自主配置的風(fēng)電場應(yīng)用綜合類產(chǎn)品（見圖1）。

系統(tǒng)介紹

能量管理平臺系統(tǒng)分以下幾個模塊（見圖2）：

（一）數(shù)據(jù)測量（采集）模塊

測量采集模塊是利用風(fēng)電場通信網(wǎng)絡(luò)完成底層被控風(fēng)電機(jī)組機(jī)群數(shù)據(jù)、PCC點(風(fēng)電場并網(wǎng)點有功關(guān)口點)或形成閉環(huán)控制主變系統(tǒng)高壓側(cè)測量點數(shù)據(jù)、風(fēng)電場期望發(fā)電總有功目標(biāo)指令（Pref）等等。

（二）控制器運(yùn)算單元

按照自主研發(fā)的前饋雙PI控制器對控制目標(biāo)有功功率與有功目標(biāo)指令（Pref）進(jìn)行運(yùn)算計算出單一周期的有功功率誤差調(diào)節(jié)量 。

（三）功率分配環(huán)節(jié)

根據(jù)全場風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)分兩大類：可控風(fēng)電機(jī)組和不可控風(fēng)電機(jī)組。按照分配環(huán)節(jié)策略將有功功率誤差調(diào)節(jié)量分配給可控風(fēng)電機(jī)組。

（四）誤差比較再補(bǔ)充模塊

可控風(fēng)電機(jī)組得到分配器下發(fā)的控制指令后，在可控風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)輸出有功功率后，誤差補(bǔ)充模塊會根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)計算下一運(yùn)算周期的誤差。

測試數(shù)據(jù)來源于能量管理平臺Vestore企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺存儲形成的過程歷史數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)庫的真實性、有效性、準(zhǔn)確性取決于Vestore企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺存儲特性和能力。

測試風(fēng)電場介紹：山西龍源某風(fēng)電場裝機(jī)型號為UP82-1.5MW機(jī)型共133臺，裝機(jī)容量為200000kW。

數(shù)據(jù)分析

全場有功穩(wěn)定在170000kW左右，風(fēng)電場記錄的實時總有功功率是2014年11月30日8時51分43秒至2014年11月30日9時41分6秒時間段的數(shù)據(jù)（表1所示，以下分析時刻均精確到秒）。

此次測試為本地負(fù)荷給定閉環(huán)測試，由能量平臺自身通過本地控制進(jìn)行有功功率階梯步長進(jìn)行降負(fù)荷和升負(fù)荷測試，如圖3所示整體的控制曲線。

一、降功率調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時間

本地降功率調(diào)節(jié)分析其中的兩次：

（一）第一次降功率

某新指令15000kW是在：2014年11月30日9時5分 17秒下發(fā)的，由表2所示。

（二）第二次降功率

某新指令90000kW是在：2014年11月30日9時18 分5秒下發(fā)的，由表4所示。

二、升功率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時間

本地升功率調(diào)節(jié)指令共下發(fā)兩次：

（一）第一次升功率

某新指令6000kW是在：2014年11月30日9時28分6秒下發(fā)的，如表6所示。

表1 S1_T101本地有功功率設(shè)定測點歷史記錄數(shù)據(jù)（圖3中所示紅色曲線）

表3 調(diào)節(jié)響應(yīng)時間

表4 有功功率負(fù)荷從100000kW降至90000kW過程記錄表

表5 調(diào)節(jié)響應(yīng)時間

（二）第二次升功率

某新指令10000kW是在：2014年11月30日9時29 分33秒下發(fā)的，如表8所示。

小結(jié)與數(shù)據(jù)分析

全場有功功率曲線基本滿足全場控制精度指標(biāo)不大于5%Pe范圍內(nèi)，跟隨本地有功設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。測試風(fēng)電場的裝機(jī)容量為：200000kW，根據(jù)《山西電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行管理規(guī)范（征求意見稿）》（以下簡稱《規(guī)范》）提到的：

（一）《規(guī)范》要求有功調(diào)節(jié)速率不低于5%Pe/ min（此處是10000kW），不超過10%Pe/min（此處是20000kW）。此次調(diào)節(jié)能量管理平臺升功率調(diào)節(jié)速率是VP升平均=18233kW/min；降功率調(diào)節(jié)速率是：

VP降平均=13506kW/min，滿足規(guī)范要求。

表6 有功功率負(fù)荷從40000kW升至60000kW過程記錄表

表7 調(diào)節(jié)響應(yīng)時間

表8 有功功率負(fù)荷從60000kW升至100000kW過程記錄表

表9 調(diào)節(jié)響應(yīng)時間

（二）《規(guī)范》要求全場控制精度指標(biāo)不大于5%Pe，整體來看近50min的測試時間內(nèi)，控制精度基本滿足要求。

（三）《規(guī)范》要求機(jī)組響應(yīng)時間應(yīng)小于1min，此次測試因不涉及第三方遠(yuǎn)動給數(shù)，所以聯(lián)合動力自身整套平臺運(yùn)行的響應(yīng)時間在20s至60s之間，響應(yīng)時間滿足網(wǎng)調(diào)要求。

（四）能量平臺與遠(yuǎn)動廠家AGC/AVC設(shè)備的開閉環(huán)測試實驗。經(jīng)與遠(yuǎn)動廠家AGC/AVC工程師確認(rèn)：能量平臺發(fā)布的遙測，遙信信號正常，數(shù)據(jù)格式正確，遠(yuǎn)動廠家AGC/AVC設(shè)備給能量平臺下發(fā)的遙調(diào)指令，能量平臺能夠正確接收并執(zhí)行遙調(diào)指令。

（5）自由發(fā)電狀態(tài)下（也對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了有功控制指令的下發(fā)，同有功控制操作機(jī)制相同）全場穩(wěn)定運(yùn)行超過18個小時，通訊以及全場有功出力保持正常。

（作者單位：國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司）