風(fēng)電場AGC系統(tǒng)建設(shè)與協(xié)同控制

何成明+楊金剛+張海霞+史智萍+湯慶峰

摘要：風(fēng)力發(fā)電是潔凈清潔的發(fā)電方式，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電對轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)電模式具有積極作用。風(fēng)電技術(shù)的優(yōu)化和完善使得風(fēng)電場的發(fā)電水平不斷增加，為了迎合電力用戶和電力調(diào)峰的基本需求，需要開展風(fēng)電場AGC系統(tǒng)建設(shè)。文章對風(fēng)電場AGC系統(tǒng)建設(shè)與協(xié)同控制展開了探討，對AGC系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐、協(xié)同控制的原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計和具體的控制過程等進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；AGC系統(tǒng)；系統(tǒng)建設(shè)；協(xié)同控制；風(fēng)力發(fā)電 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM614 文章編號：1009-2374（2017）06-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.047

風(fēng)電場AGC系統(tǒng)建設(shè)對風(fēng)電場的能量管理具有較高的價值，實(shí)踐證明，風(fēng)電場AGC系統(tǒng)可以有效地完成對機(jī)組的調(diào)頻出力控制，可以滿足用戶的基本用電需求，使得風(fēng)電場的系統(tǒng)的運(yùn)行成本可以達(dá)到最低。另外，由指定的AGC機(jī)組參與協(xié)同控制，可完成對風(fēng)電預(yù)測誤差問題的控制，增加電網(wǎng)消納風(fēng)電的水平，是增加風(fēng)電企業(yè)電力服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量的有效途徑?；诖?，本文結(jié)合風(fēng)電場的基本情況，對風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的具體建設(shè)和協(xié)同控制等內(nèi)容做以下分析。

1 AGC分析

AGC系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的調(diào)度中具有較高的應(yīng)用價值，是保障電力系統(tǒng)能夠始終處于最為經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行，保障電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定，切實(shí)滿足電力用戶多變的基本需求，進(jìn)而全面推動電力企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。長期以來，AGC系統(tǒng)主要是應(yīng)用在火力發(fā)電和水利發(fā)電中，若要將AGC系統(tǒng)應(yīng)用到風(fēng)電場中，需要的強(qiáng)化對以往經(jīng)驗的總結(jié)和分析。

風(fēng)電場主要是借由風(fēng)力完成發(fā)電任務(wù)，受到風(fēng)能本身性質(zhì)的影響，使得風(fēng)電場的功率穩(wěn)定控制難度加大。風(fēng)能存在著一定的間歇性和不穩(wěn)定性，無法進(jìn)行人工控制，這也加大了風(fēng)電場的功率穩(wěn)定性控制的難度。借由以往AGC系統(tǒng)建設(shè)的基本經(jīng)驗和方式，合理完成風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的構(gòu)建，并使得AGC系統(tǒng)參與到協(xié)同控制中，完成對風(fēng)電預(yù)測誤差的分析和處理，推動風(fēng)電場的供電穩(wěn)定性和有效性。

風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的建設(shè)能保障風(fēng)電并入到電網(wǎng)后，結(jié)合風(fēng)電場的基本情況，完成對功率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電無序并網(wǎng)的控制。風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的功能如下：（1）結(jié)合風(fēng)電場的基本情況，控制風(fēng)電場的功率情況，且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，保障風(fēng)電場頻率的穩(wěn)定性；（2）可遠(yuǎn)距離完成對風(fēng)電場的并網(wǎng)的控制，對風(fēng)電場的有功功率輸出變化率進(jìn)行嚴(yán)格控制；（3）自主控制出力，根據(jù)電網(wǎng)高峰的基本需求，滿足電網(wǎng)調(diào)峰的基本需求；（4）完成對風(fēng)電場的定功率控制，使得系統(tǒng)能夠始終處于最為經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。

風(fēng)電場AGC系統(tǒng)建設(shè)完成后，可以按照發(fā)電計劃和風(fēng)功率預(yù)測的結(jié)果，做出相關(guān)調(diào)度指令，且由AGC模塊完成對風(fēng)電場具體的功率的控制。AGC系統(tǒng)的需要具備數(shù)據(jù)庫、通信模塊和控制模塊。

2 風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的建設(shè)

2.1 工程概況

結(jié)合某風(fēng)電場的實(shí)際情況，完成對風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的建設(shè)。該風(fēng)電場共有V52 850kW型的風(fēng)機(jī)58臺，V50-2MW風(fēng)機(jī)100臺，總裝機(jī)容量為250MW，且直接并入到區(qū)域電網(wǎng)中。為了完成對風(fēng)電場有功功率的管理與控制，保障風(fēng)電場的穩(wěn)定供電，完成了對該風(fēng)電場的AGC系統(tǒng)的建設(shè)。系統(tǒng)借由OPC協(xié)議配合遠(yuǎn)動通信裝置完成對有功功率控制系統(tǒng)，由此可見，得到的系統(tǒng)主要是由實(shí)時數(shù)據(jù)采集部分、通信部分、OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)這四大部分構(gòu)成。

2.2 AGC系統(tǒng)的有功率的控制過程

控制主要是根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)發(fā)出的相關(guān)指令，借由網(wǎng)絡(luò)通信將使有功功率的調(diào)節(jié)指令發(fā)送到風(fēng)電場。主要由遠(yuǎn)動通信裝置完成對這部分信息接受，再將具體的信息傳遞到OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)，由其按照OPC協(xié)議直接將指令下發(fā)到監(jiān)控系統(tǒng)中。指令到達(dá)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)中的功能模塊完成指令的執(zhí)行，從而完成對有功功率的調(diào)節(jié)，這一過程耗時極少，并保障了調(diào)節(jié)的有效性，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其中PRM模塊是完成對指令執(zhí)行的主要功能模塊，PRM模塊和監(jiān)控系統(tǒng)主要是采用OPC協(xié)議進(jìn)行通信。借由PRM模塊，可以完成對風(fēng)電機(jī)組的功率的有效調(diào)節(jié)。根據(jù)裝機(jī)容量的基本情況，PRM模塊可以自主判斷是否展開停機(jī)控制。

此外，PRM模塊還能夠根據(jù)相關(guān)工作人員給定的功率設(shè)定值完成對功率的調(diào)節(jié)，且具備雙向交換性。PRM模塊還具備人機(jī)交互交界面，可以完成對實(shí)時功率和最大可能輸出功率、風(fēng)電場的具體風(fēng)速等信息進(jìn)行展示，促使相關(guān)工作人員根據(jù)具體的參數(shù)情況完成對風(fēng)電場機(jī)組的管理和維護(hù)工作。

2.3 OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)及AGC控制模塊

鑒于AGC系統(tǒng)的基本情況，需要合理地對OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)和AGC控制模塊進(jìn)行選擇和安裝，其中OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)可以采用高配置的工控機(jī)，在對其具體的客戶端模塊和裝置管理模塊等AGC控制模塊進(jìn)行設(shè)置，使其完成不同的功能。OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)主要是負(fù)責(zé)對遠(yuǎn)動通信裝置的連接，并完成風(fēng)電場風(fēng)機(jī)服務(wù)器之間的雙向通信，完成對數(shù)據(jù)信息的傳遞和上傳。還將遠(yuǎn)動通信裝置獲得的控制指令進(jìn)行傳遞，使得系統(tǒng)能夠完成自動的功率調(diào)節(jié)任務(wù)?？蛻舳四K主要是完成人機(jī)互動，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息顯示在客戶端模塊，并借由客戶端模塊完成相關(guān)指令的輸入。負(fù)荷控制模塊是完成負(fù)荷控制的重要部分，其在具體的控制中可以直接將網(wǎng)調(diào)下發(fā)的定值傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)中，從而完成功率控制。而對于多個風(fēng)機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，將得到的功率定值按照風(fēng)機(jī)容量的比例完成對功率定值的調(diào)節(jié)，達(dá)到良好的分配效果。裝置管理模塊是確保系統(tǒng)有效地與遠(yuǎn)動裝置連接和通信的關(guān)鍵。

2.4 遠(yuǎn)動通信裝置和信道

風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的建設(shè)過程中，需要合理地展開對遠(yuǎn)動通信裝置的構(gòu)建，這一部分是銜接OPC網(wǎng)關(guān)機(jī)和網(wǎng)調(diào)之間聯(lián)系的關(guān)鍵。本工程的風(fēng)電場AGC系統(tǒng)是建立在變電站現(xiàn)有條件下，具有較高的效率和較低的工程造價。AGC系統(tǒng)的遠(yuǎn)動通信裝置需要具備雙向通信的能力，并具備較好的穩(wěn)定性。本工程中遠(yuǎn)動通信裝置主要采用9698D遠(yuǎn)動裝置，在配置多個可調(diào)度的通信接口，滿足風(fēng)電場AGC系統(tǒng)進(jìn)化需求。

遠(yuǎn)動通信裝置構(gòu)建完成后，需要合理地對風(fēng)電場的信道進(jìn)行分配，本工程的AGC系統(tǒng)的上傳信道是由調(diào)度通信中心規(guī)劃分配，且可以直接完成數(shù)據(jù)的通信，有效地減少了信道的設(shè)計和規(guī)劃，降低了成本。

2.5 調(diào)度端系統(tǒng)

調(diào)度端系統(tǒng)是在原有的基礎(chǔ)上，合理地對AGC有功功率控制軟件進(jìn)行添加，促使系統(tǒng)可以完成人機(jī)互動、數(shù)據(jù)處理和調(diào)節(jié)、監(jiān)控等功能。AGC系統(tǒng)有效地結(jié)合風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，完成對額定功率的控制，并完成固定指令和計劃指令的實(shí)施。借由上述構(gòu)建方式，可以有效完成對風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的構(gòu)建，使得AGC系統(tǒng)有效地完成對風(fēng)電不確定性和隨機(jī)性的遏制，保障有功功率的穩(wěn)定，提升風(fēng)電并入電網(wǎng)的有效性，積極推動電力服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量的有效提升。本工程通過對AGC系統(tǒng)的有效建立，為電網(wǎng)調(diào)度提供了有效的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)功能，保障區(qū)域供電的穩(wěn)定和質(zhì)量。

3 風(fēng)電場AGC機(jī)組的協(xié)同控制

風(fēng)電場AGC系統(tǒng)構(gòu)建完成后，可能會受到風(fēng)電預(yù)測誤差的影響，可能會增加AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)壓力，并增加風(fēng)電場和電網(wǎng)企業(yè)的運(yùn)行成本。如不能有效地對風(fēng)電預(yù)測誤差進(jìn)行控制，必然會影響電力企業(yè)的服務(wù)水平，降低電力用戶的滿意度。針對這類情況，本工程采用AGC機(jī)組的分布協(xié)同控制。

協(xié)同控制的基本原理：風(fēng)電場AGC系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中，風(fēng)電預(yù)測的誤差對AGC系統(tǒng)的影響較大。如果風(fēng)電場的出力與預(yù)期值偏差加大，AGC機(jī)組成本和調(diào)節(jié)成本均會增加，對風(fēng)電企業(yè)的效益獲取具有十分不利的影響。AGC機(jī)組參與協(xié)同控制過程，相當(dāng)于提供了一份備用容量。

風(fēng)電機(jī)組和AGC機(jī)組之間添加一個1min級別的控制信號，使得風(fēng)電機(jī)組和AGC機(jī)組可以達(dá)到協(xié)同控制的方式，進(jìn)而有效地完成對風(fēng)電場機(jī)組的控制，從而實(shí)現(xiàn)對預(yù)測誤差的干擾降低。主要是因為這控制信號是添加在二者之間的控制單元中，并將分布協(xié)同控制單元作為風(fēng)電AGC機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組的主控單元，完成對下移時段的凈負(fù)荷的引入，使其進(jìn)入到具體的控制過程中，并通過信息的交流和迭代，完成對預(yù)測誤差的分析和修正，使得AGC機(jī)組減少一定的故障和負(fù)荷明顯變動對有功功率造成的不利影響，保障系統(tǒng)可以始終于最為經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行。

本工程的協(xié)同控制主要采用分布式協(xié)同控制，適應(yīng)性較高，尤其是對風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)同控制具有較好的效果，是推動風(fēng)電穩(wěn)定和提升電力服務(wù)水平的關(guān)鍵。借由上述方式，可以有效地完成風(fēng)電場與AGC機(jī)組的協(xié)同控制，對提升風(fēng)消納量和機(jī)組的節(jié)能水平具有積極的影響。另外，借由協(xié)同控制能夠有效地降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，保障風(fēng)電企業(yè)的效益。

4 結(jié)語

（1）探究分析風(fēng)電場AGC系統(tǒng)的基本功能和建設(shè)意義，并對其具體建設(shè)實(shí)踐進(jìn)行闡述，詳細(xì)地分析AGC系統(tǒng)的控制過程，提高AGC系統(tǒng)建設(shè)的有效性；（2）通過AGC機(jī)組和風(fēng)電場的分布式協(xié)同控制，提升機(jī)組的節(jié)能效果，降低成本，積極推動風(fēng)電企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：何成明（1986-），男，山東泰安人，國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院工程師，博士，研究方向：輸電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）