海上風電場智慧調度平臺開發及應用

關凱 華電（福建）風電有限公司

隨著海上風電場并網容量的逐漸增加，海上風電功率的隨機性與不確定性問題進一步對電網規劃與運行提出挑戰。針對缺乏實測數據導致目前海上風電出力特性研究不足的現狀，該文基于海上風電場現場實測運行數據與區域電網負荷特性，圍繞電網運行與調度關注的關鍵問題，分別從定性分析與定量分析的角度對海上風電功率波動性規律進行了分析與總結。

一、智慧風電場特征

智慧風電場主要基于測控技術、通信技術、信息化技術、大數據處理技術以及各類智能算法，實現對風機控制的自動化、設備狀態感知及判斷智能化、運維決策智慧化。智慧風電場通過各類傳感器準確獲知各設備的狀態，實現對風電場各設備狀態的有效監控；通過較準確地風功率預測，并結合電網調度需求信息、各風機設備狀態信息自動調節風機的輸出功率，滿足電網的調度需求；同時能對各設備的故障進行智能診斷，對設備狀態進行智能評估，結合運維經驗，實現運維決策自動化、智慧化。智慧風電場的基礎是風電場各類信息的數字化，其核心為數據、信息綜合處理及智能分析系統（簡稱信息智能分析系統），本質是信息化與智能化技術在風電領域的高度發展和深度融合。

二、風電場不同的控制方式對發電的影響

根據電網預測規范，根據風電場的歷史風速、歷史功率、天氣預報數據、地形地貌、風電機組設備運行狀態等數據建立風電場輸出功率的預測模型，模型的輸入量是風速、功率或數值天氣預報數據，同時結合風電場機組的運行工況和設備狀態，預測風電場未來的有功功率。理論功率計算方法可參見《風電場理論發電量與棄風電量評估導則》NB/T31055-2014。風電場的動態性能會根據風電場不同的控制方式而變化。在保證安全和穩定的前提下，為提高風電場運行效率，根據當前電網運行狀態和風電場的運行工況，應實時調整風電場的控制方式，主要有恒電壓控制方式和功率因數控制方式。恒電壓控制是系統無功不足時充分發揮風電場的無功補償能力，當系統發生故障時參與電網的電壓控制，還可緊急切換控制方式來提高風電場的故障穿越能力。風電場實時監測接入點電壓，監控系統統一控制風電場的無功功率，而有功功率控制是以捕捉最大風能為目標。當系統無功充足時，風電場的無功調節對電網的影響不大。從經濟運行考慮，為了減少運行損耗提高風電機組出力，風電場宜采用功率因數控制方式。

三、海上風電場智慧調度平臺開發及應用

（一）海洋精細化氣象預報服務系統開發

海洋精細化氣象預報服務系統總體由三部分構成：精細化氣象預報子系統、精細化海浪預報子系統、綜合管理及可視化子系統。開發目標是指導未來時間段內風電場運維、施工船舶出海、風電機組工作安全等級評估等海上作業。通過深入研究海洋氣象預報預警技術，采用先進的氣象海洋數值預報模型，包括中國河口海岸風暴潮及海洋動力三維數值預報模型，依據氣象海洋動力N-S方程、海浪表面二維線性波動方程，大幅提高預報數據的時空分辨率、可信度。結合天氣預報行業的服務數據，大幅提高預報準確率并提供高精度的格點化預報結果，實現了海上風電區域精細化氣象預報。

（二）調度與風電接納能力的關系

電網的風電接納能力是指在保證電網安全穩定運行的情況下，在全面考慮電力系統經濟性和風電自身特點的前提下，電網能夠允許接受的最大風電能力。影響風電接納能力的因素主要來自電網的影響和風電的影響兩個方面。對于電網的影響因素主要包括：電網架構、電源結構、負荷特性、電源調節能力、電網運行水平以及風電技術水平等；對于風電的影響因素主要包括：風電實際出力水平、風電功率預測誤差、風電實際發電量情況和風電分布情況等。風電調度管理與風電接納能力密切相關，風電是一種取之不盡用之不竭的能源，但是風電不能儲存，因此，準確地預測出電網能夠接收的最大風電能力至關重要，這樣能夠減少棄風，對電力系統工作人員合理安排電網中各發電機組的構成，按照調度計劃合理調度電網中各發電機組的發電順序，進一步提高風電利用率。電力系統實際上是一個電能實時動態平衡系統，需要計劃發電量、有效輸電量和預測用電量三者達到動態平衡的重復過程。電力系統的負荷用電量是可以預測的，常規電源一般是根據負荷預測結果來調節其發電出力，其類型、容量和峰谷等差別都將影響到電力系統風電接納能力，加強負荷側管理對實現電力系統動態平衡至關重要。當風力發電機裝機容量比較小時，電網在實際運行時風電出力可忽略不計，其電力系統發電量和負荷用電量是通過利用傳統電源的調節能力來完成電力系統的平衡；當風力發電機裝機容量比較大時，可通過風電技術手段增加可調節性負荷，使負荷用電量的變化能夠實時適應風電出力的變化，進而有效提高風電接納能力，確保電力系統的動態平衡。

四、結語

雖然，目前建成的或在建的數字化智慧風電場還處于較初級階段，但隨著“互聯網+”、信息化與人工智能等技術的飛速發展，大型數字化智慧風電場建設必將成為未來風電場的發展趨勢。