大型集群風光有功智能控制系統

楊大春

摘 要：大型集群風光有功智能控制系統（簡稱風光有功控制系統）根據新能源發電外送通道的實時潮流、調峰約束決定的新能源總計劃上限，實時計算電網對于新能源的接納能力，結合新能源電站的出力、發電能力，在確保電網安全穩定的前提下，最大限度提高電網對新能源發電的接納能力，實現對新能源的充分利用。

關鍵詞：新能源；風電；光伏；有功控制；智能

引言

大型集群風光有功智能控制系統（簡稱風光有功控制系統）根據新能源發電外送通道的實時潮流、調峰約束決定的新能源總計劃上限，實時計算電網對于新能源的接納能力，結合新能源電站的出力、發電能力，實現對新能源電站實時出力的動態優化分配。

為了更好的適應電網運行方式、調度模式的變化，本系統支持按斷面裕度自動控制模式、調度員模式、緊急調峰模式、緊急控制模式、限風解除模式四種控制模式，以便在各種運行方式及故障情況下合理分配各新能源電站的出力計劃，保證電網的穩定可靠運行，同時最大限度提高電網的輸送能力，使新能源電站的出力最大化、最優化，實現對新能源（風能、光伏）資源的充分利用。

1 風光有功控制功能

1.1 系統整體架構

風光有功控制系統基于D5000平臺，運行于調度中心站，是大型集群風光智能控制系統的核心組成部分。整個大型集群風光智能控制系統共包括兩層結構：調度中心站、有功控制執行站（新能源電站）。調度中心站主要實現對整個系統實時監控，實現智能協調控制策略、實時控制指令的計算和下發、新能源電站加出力申請的自動批復、運行方式和控制模式的切換等主要功能。調度員可通過中心站控制終端實時監控各新能源電站實時控制指令數據、出力、電量完成情況、指令執行情況、預測精度、超發增發等各關鍵場站、送出通道關鍵斷面和新能源上網主變潮流、裕度等數據及各新能源電站裝置的運行情況、申請模式、動作報告等內容。

新能源電站裝設有功功率控制裝置，實時監測各電站的出力，并根據中心站自動分配給各電場實時控制指令控制新能源電站出力，實現新能源電站出力最大化、最優化、切機組最小化控制，并實現超發告警及超發切機功能。通過以太網與新能源電站集控系統通信，接收集控系統傳送的實時預測的最大發電能力，發送給集控系統允許發電控制指令值、總發電量、超發告警信息以實現閉環控制。

本系統主要根據全網新能源消納空間、輸電斷面實時裕度、新能源電站的實時出力及發電能力，優化分配新能源電站的有功發電計劃，在確保電網安全穩定的前提下，最大限度提高電網對新能源發電的接納能力，實現對新能源的充分利用。

1.2 系統功能特色

（1）充分利用新能源發電能力和電網的接納能力，在不違反電網安全約束的前提下，保證新能源電站出力最大化。（2）分配策略體現公平、公正原則，根據新能源發電能力和開機容量來分配每個電站的實時計劃，從而保證每個新能源電站實時計劃的公平性。（3）信息相互開放，充分公開，所有新能源電站出力、計劃等信息彼此可見。

1.3 控制模式

1.3.1 斷面裕度自動控制模式。按各控制斷面潮流裕度自動調整控制模式下，系統對風電外送通道進行實時檢測，可實時計算潮流斷面的傳送裕量，實現對各新能源電站實時出力的智能控制。斷面實際不越限時，不實施超前控制。只針對實際越限的斷面，壓低新能源出力。

1.3.2 調度員模式。若電網發生特殊情況，需要人工干預，可轉入調度員控制模式，此模式可人工控制各新能源電站的實時控制指令。控制指令為96點輸入，每15分鐘對應一個指令值。

1.3.3 緊急調峰模式。若電網發生特殊情況，需要人工干預設置新能源上限出力，可轉入緊急調峰模式。此模式與調度員控制模式的區別是該模式計劃值為單點輸入，該模式下，計劃值保持不變，即計劃值=峰值。

1.3.4 緊急控制模式。電網事故情況下，若電網接納風電能力下降，需要消減新能源出力，此時可轉入緊急降出力模式。此模式下，調度人員只需輸入整個風電需要消減的有功出力總和，系統自動根據輸入的消減量，按照公平原則分配給各新能源電站，新能源電站自動調節出力。因為新能源電站運行單位眾多，該方式大大減小事故處理時間。

1.3.5 限風解除模式。在限風解除模式下，全網自動調峰計劃只增不減；全網及斷面相關分區均不限電，則不考慮斷面約束。在分區人工限電或斷面控制時，只針對實際越限的斷面，壓低新能源出力；斷面實際不越限時，不實施超前控制。全網控制指令逐步提升，直至裝機容量。

2 實時計劃分配說明

2.1 總體目標

充分利用新能源發電能力和電網接納能力，在不違反電網安全約束的前提下，保證新能源電站出力最大化。確保計劃分配的公正、公平性，根據實時出力或開機容量來分配計劃。

2.2 約束條件

新能源發電計劃必須同時滿足斷面約束、調峰約束（整體或風光分別指定）以及各個電站自身的出現上下限約束。

2.3 控制指令

電網安全約束（斷面及調峰），決定了相應的總計劃上限，根據新能源電站的實時出力或開機容量進行分配，得到的指令稱為控制指令。

2.3.1 根據開機容量來分配。按裝機分配時，新能源電站i控制指令=總計劃上限×新能源電站i裝機/∑裝機。根據斷面限額約束或人工總計劃約束，結合實際斷面潮流、新能源出力可得出新能源的總發電計劃；再根據各個新能源電站的開機容量（計及電站相對于斷面的靈敏度），完成總計劃的分配。每個電站分得的計劃稱之為控制指令。

2.3.2 根據實時出力來分配。按出力分配時，新能源電站i控制指令=總計劃上限*新能源電站i實時出力/∑實時出力。為保證新能源電站出力最大化，實時計算電網總接納風電能力，根據電網總接納能力的變化及各新能源電站當前出力和新能源電站提出加出力申請（人工和自動兩種方式）每固定周期計算一次各新能源電站實時控制指令，并下發至各新能源電站，該實時控制指令為上限值，低于該實時控制指令新能源電站可自由發電。以保證電網安全穩定運行為首要條件，未提出加出力申請或提出加出力申請未批準的情況下，高于實時控制指令值運行，超過規定時間，由控制執行站裝置切除相應的饋線，使出力回到實時控制指令值以下，保證主網安全。

3 結束語

大型集群風光有功智能控制系統充分考慮電網實際運行情況，通過對場站出力的最優公平分配實現電網對新能源的最大程度接納。

參考文獻

[1]朱晨宸，林俐.風電集群多時間尺度有功功率協調控制策略[D].北京：華北電力大學，2014.

[2]楊琳.大規模風電并網系統安全穩定緊急控制策略的研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2012.