一種1.5MW風電場有功控制裝置調節能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

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一種1.5MW風電場有功控制裝置調節能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

*聯合動力風電技術中心項目：《大型風電機組主控系統國產化應用及推廣》《分布式風電技術研究》

隨著大規模風電場接入電網，電網對在網運行的各類風電機組提出了并網安全的要求限制。在2012年國家標準委發布的《風電場接入電網技術規定》中要求風電場應具備有功功率調節能力，能根據電網調度部門指令控制其有功功率輸出。為了實現對有功功率的控制，風電場需配置有功功率控制系統（裝置），接收并自動執行調度部門遠方發送的有功功率控制信號，確保風電場最大有功功率值及有功功率變化值不超過電網調度部門的給定值。在山西區國電電網自動化處的運行細則中明確規定不具備有功功率調節能力的風電場，每月按全場當月上網電量的1%進行考核。

上述有功控制裝置在2014年底完成調試，以下正文對在山西龍源某現場的測試數據進行分析，并結合風電場并網運行細則研究了測試數據，最終得出結論。

平臺依托

風電場能量并網智能管理系統（以下簡稱能量管理平臺）以Vestore-SCADA組態軟件為依托，是以風電場有功調節和無功調節為基本功能，并涉及風電場內多種設備協調控制，多項功能自主配置的風電場應用綜合類產品（見圖1）。

系統介紹

能量管理平臺系統分以下幾個模塊（見圖2）：

（一）數據測量（采集）模塊

測量采集模塊是利用風電場通信網絡完成底層被控風電機組機群數據、PCC點(風電場并網點有功關口點)或形成閉環控制主變系統高壓側測量點數據、風電場期望發電總有功目標指令（Pref）等等。

（二）控制器運算單元

按照自主研發的前饋雙PI控制器對控制目標有功功率與有功目標指令（Pref）進行運算計算出單一周期的有功功率誤差調節量 。

（三）功率分配環節

根據全場風電機組的狀態分兩大類：可控風電機組和不可控風電機組。按照分配環節策略將有功功率誤差調節量分配給可控風電機組。

（四）誤差比較再補充模塊

可控風電機組得到分配器下發的控制指令后，在可控風電機組調節輸出有功功率后，誤差補充模塊會根據現有數據計算下一運算周期的誤差。

測試數據來源于能量管理平臺Vestore企業級實時歷史數據庫平臺存儲形成的過程歷史數據；歷史數據庫的真實性、有效性、準確性取決于Vestore企業級實時歷史數據庫平臺存儲特性和能力。

測試風電場介紹：山西龍源某風電場裝機型號為UP82-1.5MW機型共133臺，裝機容量為200000kW。

數據分析

全場有功穩定在170000kW左右，風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秒時間段的數據（表1所示，以下分析時刻均精確到秒）。

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

一、降功率調節速率和響應時間

本地降功率調節分析其中的兩次：

（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秒下發的，由表4所示。

二、升功率調節調節速率和響應時間

本地升功率調節指令共下發兩次：

（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秒下發的，如表6所示。

表1 S1_T101本地有功功率設定測點歷史記錄數據（圖3中所示紅色曲線）

表3 調節響應時間

表4 有功功率負荷從100000kW降至90000kW過程記錄表

表5 調節響應時間

（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秒下發的，如表8所示。

小結與數據分析

全場有功功率曲線基本滿足全場控制精度指標不大于5%Pe范圍內，跟隨本地有功設定值進行調節。測試風電場的裝機容量為：200000kW，根據《山西電網自動發電控制（AGC）運行管理規范（征求意見稿）》（以下簡稱《規范》）提到的：

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

VP降平均=13506kW/min，滿足規范要求。

表6 有功功率負荷從40000kW升至60000kW過程記錄表

表7 調節響應時間

表8 有功功率負荷從60000kW升至100000kW過程記錄表

表9 調節響應時間

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

（三）《規范》要求機組響應時間應小于1min，此次測試因不涉及第三方遠動給數，所以聯合動力自身整套平臺運行的響應時間在20s至60s之間，響應時間滿足網調要求。

（四）能量平臺與遠動廠家AGC/AVC設備的開閉環測試實驗。經與遠動廠家AGC/AVC工程師確認：能量平臺發布的遙測，遙信信號正常，數據格式正確，遠動廠家AGC/AVC設備給能量平臺下發的遙調指令，能量平臺能夠正確接收并執行遙調指令。

（5）自由發電狀態下（也對風電機組進行了有功控制指令的下發，同有功控制操作機制相同）全場穩定運行超過18個小時，通訊以及全場有功出力保持正常。

（作者單位：國電聯合動力技術有限公司）