適應新能源并網的自動發電控制技術分析

朱莉 代薇

摘要：目前，我國是社會主義經濟快速發展的新時期，隨著新能源應用技術的提高，光伏和風電等新能源的并網容量在逐年提高，對傳統的電力系統造成了較大的沖擊，也為傳統電力系統和能源變革帶來了新的機遇。本文主要側重于分析新能源并網后，系統的自動發電控制系統的具體控制方法和控制原理，并介紹了相關的應用情況。

關鍵詞：新能源并網;自動發電;控制技術

引言

電網頻率是衡量電能質量的一個重要指標。當頻率產生較大的波動時不但會威脅電力系統的安全也會給發電機組的安全運行帶來挑戰。以往的頻率調節通常需要由人工調節實現或者由特定的調頻電廠來維持電網頻率的穩定。然而隨著互聯電力系統的發展，電力系統的規模也日漸擴大，傳統的人工調頻方式己經不能滿足現代電網頻率調節的需求。所以，自動發電控制（AutomaticGnenrationControl，AGC）成為了適應電網發展的必要手段，對自動發電控制技術的研究也日漸重要和迫切。自動發電控制是一種閉環的反饋控制，它能夠根據負荷擾動情況調節發電機組的輸出功率，使其能夠跟隨負荷擾動的變化，從而穩定電力系統頻率。自動發電控制的主要作用可以分為三個方面：維持頻率偏差在允許的范圍內（50士0.1Hz），維持電力系統各區域之間的聯絡線交換功率在計劃值，對負荷實現在線經濟負荷分配。

1自動發電控制系統的基本原理

從電網調度自動化開始，電網調度自動化的不但包括能量管理系統（EMS），配電管理系統（DMS）和電能量自動計量系統、調度自動化等內容，而且還需要相關的市場技術支持系統的配合。自動發電控制（AutomaticGenerationControl，AGC）是能量管理系統中的重要組成部分。自動發電控制系統可以很大的提高系統頻率的穩定性，無差調節，即當系統負荷或機組輸出發生波動后，系統的頻率偏離額定值，AGC給調頻機組下達指令，使系統再次達到頻率穩態，頻率恢復額定值，偏差變化到零。AGC系統主要工作是電力系統的頻率調節和負荷分配，以及與相鄰電力系統之間按規定進行功率交換。電力系統的供電頻率是系統正常運行的主要參數。區域內發電機組的輸出功率與電力負荷的功率消耗相平衡時，供電頻率保持不變;若機組輸出功率與電網負荷不一致時，即失去供需平衡，頻率就會產生與額定值的偏差，不再保持恒定，偏離過大時會出現安全問題情況。電力系統的負荷是不可控制的，這種情況會引起系統負荷的供需不平衡，導致頻率偏差的出現。要確保電能的質量，就必須對電力系統頻率進行實時監控和調節。當頻率偏差過大的時候，改變調頻機組的輸出使供需達到新的平衡，從而使系統頻率保持在額定值附近。

2適應新能源并網的自動發電控制技術

2.1產生系統穩定性影響的原因

發電機組的自動發電控制系統對電力系統的穩定性具有重要的影響。電力系統的功率平衡是電力系統穩定的，而系統要保證功率平衡，必須采用自動發電控制系統。尤其是當地區電網中接入了新能源之后，自動發電控制系統將發揮更加重要的作用。因為新能源的發電出力是具有隨機性和波動性，根據風速或太陽光照強度的變化而實時變化，故需要采用自動發電控制系統跟隨新能源發電機組出力的變化，這樣可以平衡電力系統中電源側和負荷側之間的波動。

2.2含新能源的AGC系統結構分析

隨著能源結構的調整和電網中新能源滲透率的提高，電力系統的組成結構也日益復雜。以往在研究含新能源的自動發電控制系統模型結構時，通常是將新能源發電部分作為系統的擾動，但作為擾動的前提是新能源機組的裝機容量較小。然而在新能源發電迅速發展的今天，其裝機總容量己具一定規模，應對含有大規模新能源發電機組的自動發電控制系統的結構改進進行深入研究。考慮到光伏發電機組的總裝機容量與傳統發電機組相比一般較小，本文則只討論風電機組的不同介入形式，研究了兩種風電機組并入自動發電控制系統的結構。

2.3微網技術

通過發電機組和相應電力電子設備能夠構建出一個微電網，從而解決分布式電源大規模并網運行的問題。對于風電、太陽能光伏發電這種自身隨機性較大的新能源發電，提高含有新能源的微網控制能力是勢在必行的。這是新能源并網的關鍵技術之一。（1）微網中多個微電源之間的協調控制問題。在微網系統中，可能含有多個微電源，這些電源的外特性、時間常數和組成環節等各不相同，如何保持微電網運行時電壓的穩定性與系統的平穩性和可靠性，減小微電網對大電網的沖擊，都需要進一步的探討和研究。（2）并網與獨立運行兩種運行狀態切換所造成的影響。在大電網發生故障時，分布式電源必須立即退出運行。微電網與分布式發電一個主要區別就是微電網既可與大電網并網運行，也可以在大電網故障情況下切斷與大電網的聯接而獨立運行。兩種運行狀態的切換過程對大電網而言就是一種擾動，對大電網的穩定運行有一定的影響，必須改進微電網的結構與配置參數，改進控制策略，消除對大電網的影響。高級能量管理與優化運行高級能量管理是微網的核心組成部分，能夠根據能源需求、市場信息和運行約束等條件迅速做出決策，通過對分布式設備和負荷的靈活調度來實現系統的最優化運行。微網EMS與傳統EMS的關鍵區別在于：C1）微網內集成熱負荷和電負荷，因此微網EMS需要熱電匹配;C2）能夠自由與電網進行能量交換;C3）微網EMS能夠提供分級服務，特殊情況下可犧牲非關鍵負荷或延遲對其需求響應，為關鍵負荷提供優質電力保障。

2.4控制系統穩定性的應用

在實際應用中，AGC的控制對象是電廠控制器，通過調度主站下發具體的自動發電控制命令，電廠中的控制器接收到控制指令之后，就可以對發電機組的出力進行調節。在調節發電機組有功功率的同時，也需要對發電機組的無功功率進行同步調節，保證發電機組的安全并網運行。電網調度員也需要掌握AGC系統中的數據的變化情況，從而迅速、準確地做出決策。若電網中只有常規機組并網，由于常規火電、水電等機組的出力較為穩定，AGC控制系統的調節壓力較小，但為應對負荷的波動，一次調頻依然較為頻繁，自動發電控制技術是保證電力系統中電源側和負荷側功率平衡不可缺少的關鍵技術，對保證電力系統的安全可靠運行具有重要作用。

結語

對于含有風電等新能源的AGC系統來說，原有的AGC模型己經不能滿足原有的控制要求了。由于互聯區域的增多，系統模型的復雜度增加，系統禍合性的增加，新能源并網所帶來的功率波動和區域內的負荷擾動等因素，將引起整個電網的頻率波動。對于風電作為負荷擾動加入到火電機組區域的自動發電控制系統，風力發電機組輸出功率的波動將全部由該區域內的火電機組進行協調，這就需要區域內的火電機組能夠快速響應負荷變化，由于火電機組自身的負荷變化的物理限制特性，導致并網的風力發電機組容量不能太大，否則火電機組將跟不上區域負荷的變化，這就是一種風電并網模式的缺點。另一方面，為了保證區域發電負荷恒定，區域內的火力發電機組持續性的變動輸出負荷，既不利于能源的高效利用，又不利于機組的安全穩定運行。所以改進新能源并網的方式是很有必要的。

參考文獻

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