試論風電AVC電壓無功控制系統及AGC功率控制系統在風電場的運用

張鐵龍

摘 要：風力發電作為新能源的主力發電之一已形成較大規模。隨著風電發電容量占比的快速增長，電力部門對風力發電的電能質量及控制的要求也越來越高。該文針對目前風力發電項目中普遍采用的AVC電壓無功控制系統及AGC功率控制系統的技術方案進行介紹。

關鍵詞：風力發電 AVC AGC 電壓無功控制系統 功率控制系統

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0012-02

1 系統概述

1.1 AVC電壓無功自動控制

風電場投入AVC后，根據設定的母線電壓值或由中調給定的無功功率或電壓曲線進行自動調節，輸入電壓遙調目標值后，進行無功功率自動控制。AVC電壓無功自動控制系統的控制對象包括：分接頭、SVG、風電機組。所有被控對象都設有功能投切軟壓板，支持遙控，可實時指定參與/不參與有功/無功控制。

首先通過采集的母線電壓、母線無功（主變高壓側無功）等實時數據，計算出電廠側的系統阻抗，然后通過系統阻抗和設定的目標電壓值預測出在設定目標電壓值下應從母線注入電網的無功。獲得無功目標值后，先考慮無功補償系統，無功補償系統的容量按照其額定容量的95%考慮，如果無功補償系統容量滿足需求，就將目標無功功率都分配給無功補償系統，不在機組間分配；當無功補償系統容量不能滿足需求時，先給無功補償系統分配其最大容量（額定容量的95%）的無功功率，然后再將剩余無功功率在各個機群間進行分配，最后機群內對處于運行態的機組間分配，在機群間和機組間分配無功時采取等功率因數法進行分配，同時考慮機組的機組無功上下限。實現多目標協調優化控制，高壓側電壓、低壓側電壓、風場無功、風場功率因數；需要借助的控制手段：調節分接頭、調節風機無功、調節SVG。考慮到經濟效益等因素，風場無功按照SVG、風機的順序進行風場無功的分配。在風機中進行無功分配時，按照無功裕度法進行分配。同時在對風機無功進行控制時，考慮如何在讓其有功滿發的情況下，利用其無功容量滿足電壓調控的目的。

1.2 AGC功率控制系統

（1）跟蹤調度負荷曲線。通過風機的功率分配，使得總出力控制在預設范圍內。

（2）實現就地功率自動控制。根據本地預設的負荷曲線，通過風機的功率分配，控制風機總出力在預設范圍內。

（3）自動控制風機投切頻率。下發指令時，先判斷控制對象的控制頻率，讓各風機被切除的頻率相同。

為保證風機不被切除的太快太多，可以從時間上分別控制各風機，時間間隔可單獨設置。

2 AVC電壓無功自動控制系統及AGC功率控制系統特點

AVC電壓無功自動控制系統：風電場無功電壓自動控制系統基于成熟的系統軟件平臺實現。系統軟件平臺應支持以下功能。

（1）支持多種電壓無功調度方式，包括電壓/無功曲線、實時指令，可快速響應調度命令。

（2）實現風電場并網點無功電壓的自動控制。

（3）綜合考慮并網點電壓/場內電壓、無功/功率因數，采用多目標優化分區策略實現并網點的自動電壓無功控制。

（4）可實現主變分接頭、風機、SVC/SVG、電容器組等設備的協調控制。

（5）所有被控對象（風機、分接頭、SVC/SVG）都設有功能投切軟壓板，支持遙控，可實時指定參與/不參與有功/無功控制。

（6）可對有功、無功等歷史數據進行統計、存儲及圖表顯示。

（7）采用數據預判機制，判斷采集數據的有效性，保證系統的可靠控制。

（8）完善的閉鎖機制，考慮數據無效、通訊中斷等異常條件，靈活可設，為正確控制提供可靠閉鎖。

（9）與風機和無功補償裝置通信支持OPC或Modbus等多種通信協議。

（10）符合風電場接入電力系統的技術規定。

（11）系統完全支持IEC61850標準。

AGC功率控制系統：采集所要監視的功率（35 kV母線電壓電流），送到后臺進行分析處理后，傳送給風機通訊管理機，利用RS485口通過通訊方式對風機進行指令控制。以實現風電限發。

3 AVC/AGC綜合通信管理

遠動裝置經網絡以標準規約與間隔層裝置通信，把所采集到的數據送到內部幾個獨立的數據庫中，經規約轉換后完成與調度中心的通信，實現“四遙”功能。目前標準的遠動通信裝置應具有以下主要功能與特點。

（1）實現風電場風機，光伏電站逆變器、匯流箱，氣象監測裝置，無功補償裝置，儲能裝置，升壓站綜自系統運行數據的采集、存儲、傳輸。

（2）實現控制命令與執行結果的上傳下達。

（3）采用全密閉無風扇低功耗嵌入式硬件設計，具備硬件看門狗。

（4）采用沒有機械轉動部分的電子盤存儲數據。

（5）支持雙機冗余配置，能夠實現自動切換。

（6）支持遠程配置、診斷、維護、升級。

（7）支持歷史數據的采樣、統計、存儲和傳輸，支持1～60 min平均、最大、最小、標準差統計。

（8）與相關設備配合完成AGC、AVC，風電場風機的啟停、偏航、變槳、有功功率設點控制、無功功率設點控制等各種控制功能。

（9）支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT、MODBUS、OPC DA/XML-DA等標準規范采集數據、上傳信息并實現控制

（10）支持內置AGC、AVC功能。

（11）設備主要參數如下。

①以太網接口：12個獨立的10 M/100 M/1 000 M自適應網口，可擴充。

②RS232/422/485接口：10個，可擴充。

③存儲容量：標配4GB，可擴充。

④電源：交直流兩路冗余電源，無縫自動切換。

⑤安裝方式：標準的19英寸2U機箱，機架式安裝。

4 AVC電壓無功自動控制系統與其他系統的通信接口

（1）與省調主站系統。通過主站AVC系統的連接通信，對新能源場站進行電壓無功的調整，實現無功控制優化。

（2）發電設備。通過監控系統主機從發電設備監控系統采集機組運行數據，同時轉發控制令到監控系統。功率自動控制系統與監控系統主機之間采用OPC或Modbus-TCP規約進行通信。

（3）變電站監控系統。變電站監控系統為AVC系統提供關于變電站的信息。AVC控制系統和變電站監控之間優化控制子站獲取的參數包括無功補償設備投切情況、無功補償設備類型及容量、電網電壓、頻率、并網點有功及無功功率等。

（4）無功補償裝置。無功補償系統狀態（可以投入運行、已經投入運行、故障、檢修）；無功補償系統實發無功功率，發出無功時為正，吸收無功時為負；無功補償系統可發出最大無功功率；無功補償系統可吸收最大無功功率。無功補償系統狀態（可以投入運轉、已經投入運轉、故障、檢修）。

5 結語

目前AVC電壓無功自動控制系統及AGC功率控制系統已成為風電場中必配的控制系統，希望兩套系統在新能源企業應用中將發揮出更大作用。

參考文獻

[1] 黃益莊.變電站綜合自動化技術[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] 王守東，王強，張軍.電力系統電壓穩定問題分析研究[J].電工技術雜志，2001（10）：54-56.

[3] 潘麗珠，殷俊，程琦，等.發電機組無功電壓自動調控系統的研究及推廣應用[J].華東電力，2009（9）：78-82.

[4] 鄭剛.風電場有功功率控制系統關鍵技術研究[D].電子科技大學，2011.