適應新能源并網的自動發電控制技術分析

張鴿

（國電建投內蒙古能源有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

根據電力消耗的實際情況，電力系統的負荷不斷變化。因此獨立的電力系統可以調整供電和需求的平衡，使系統頻率保持在合理范圍內，以確?？刂葡到y適合的功率質量。為了確保電力網的實時平衡，需要生成控制系統以通過負荷的變化來實現電力系統安全可靠。

1 自動發電控制

1.1 背景及原理

現在電網規模越來越大，其安全性越來越重要，電網運行中最重要的任務是將安全可靠的電壓和頻率分配給各電力設備，保證工作電力的平衡，應對電力網所需要的負荷正在不斷變化的情況。新能源發電整個控制系統是時間變化系統，不能保持頻率恒定。通常，頻率變化限制在小范圍內。為了不讓實際的工作頻率超出這個范圍，需要實時調整有源電源的輸出負荷。一般導入自動發電控制，即使在負荷變動時也能維持電力的平衡［1］。

隨著電力系統的不斷擴大，單一的電力系統無法適應電力網整體的發展。這需要主電力網，特別是相鄰電力系統之間的相互連接。在煤炭資源和能源消耗分布不平衡，引起不平衡的情況下，主電網之間的相互連接是更加必要的，這樣的相互連接會給雙方提供高水平的安全保障，從而帶來巨大的經濟效果，因此研究廣域連接的新能源發電AGC具有更現實的意義。由于多域互連的延遲和各種約束非線性增加了控制難度，如果出現問題后再進行改進將無法彌補損失，因此需要找到適當的控制方法來保證安全運行［2］。

1.2 智能控制算法應用

自動發電控制從微處理器模式到當前的自適應自調整模式，實現了技術的不斷發展。使用PI控制進行自動控制，逐漸實現了合理地控制模式以及網絡構建。傳統的PI控制結構具有簡單而獨特的特征，廣泛應用于自動控制區域，單步控制方式采用基于局部控制偏置的PI控制裝置［3］?？刂齐娫捶謩e構成了控制器的一部分，這個PI控制器作為構成部分被廣泛使用。

AGC控制系統在當前電力網的擴充，特別是新能源網絡容量方面有重要的應用。由于風力發電比太陽能發電具有更大的不確定性，所以在風力發電與網絡連接后，對自動發電控制系統的需求增加，只有具備自動發電控制系統的風電場大規模集成。太陽能出力特性比較穩定，沒有風電那樣的尖峰或鋸齒狀出力曲線，一般安裝規模較大的太陽能電站可根據實際情況，選擇是否安裝自動發電控制系統的容量、自動發電控制系統的構成，也需要保證電力網的運行穩定性。

2 控制技術

2.1 電力電子技術

AGC系統就是發電自動控制系統，能夠實現發電頻率與功率的自動調整，在新能源發電過程中具有重要地位［4］。經過近幾年的發展，現在的電網已經成為幾個相鄰電網連接的區域。改變了原來的運行狀況。如果一個地區的發電和負荷不平衡的話，其他地區可以通過地區間通信進行通信。但是，這也造成了電力網之間連接線的交換功率的變動，并行變動的容量與系統容量成比例，隨著是正向相關，隨著其中一個的增加而增加，特別嚴重的情況下，會引起連接線的過載。因此，如果電力系統管理不當，會產生很多不利因素，無法保障系統的安全。

在進行系統控制過程中有多種方法，首先是利用區域控制偏差，根據電網實際負載與頻率的差異表示負荷平衡狀態，然后繼續地區供電的平衡與調整［5］。偏差出現的原因主要有設計過程中的偏差，以及并網運行過程中的頻率偏差和功率偏差等影響。通過負載頻率控制進行調整，滿足在用戶用電變化的情況下本地負荷的穩定。

由于新能源并網發電系統的要求與傳統發電不完全相同，對于輸出負荷存在特殊要求，因此在進行設計與控制過程中應該考慮各種設備的運行特點以及功能，合理利用設備來進行系統穩定性提升，并保證電力系統的穩定性，接下來對一些主要設備進行介紹分析。

（1）并網逆變器

以往的逆變轉換器具有響應速度快、慣性小、過電流能力弱等特點。由于新能源發電單元的輸出負荷必須通過電力電子轉換器并入電網，逆變器不僅可以適應以往的逆變器功能，還可以適應復雜多樣的輸出。因此，網絡逆變器容量的提高是將新能源網絡化的核心技術，太陽能發電逆變控制框圖如圖1所示。

圖1 太陽能發電逆變控制框圖

（2）靜態開關

靜態開關是一種控制節點，能夠將主網絡與微網絡的運行故障分離，這種開關一般設計于網絡節點位置，這樣在故障發生時，能夠在連接點產生作用，實現微網格單獨運行，避免了整體波動帶來的影響［6］。新能源發電過程中需要能夠有效地應對負荷以及頻率的變化，通過靜態開關控制能夠有效進行轉換過程，實現關鍵控制。

（3）電能質量控制裝置

由于風力能源和太陽能發電的隨機性和可變性，如果同時發電大量新能源，會影響整個系統電壓、頻率等基本指標的穩定性。不利于電網的穩定性。微網格中單相分布電源的大量存在增加了配電系統的三相失衡程度，電子負荷容易受到瞬態、掉落、諧波、突發等干擾的影響。所以為了實現發電的穩定以及質量，應該對質量控制裝置進行研究，以供電平衡和穩定為控制目標。

2.2 微電網技術

微網格是通過發電單元和其對應的電力電子設備來配置的，可以解決分布電源的大規模網絡運營問題。如果發電有大量的新能源提供，提高包含新能源的微網格的控制能力是很重要的。

大電網故障的話，新能源網絡和分布式發電的主要區別之一是微網格與大型電力網并行分離運行，大電力網發生故障時獨立運行。兩個運行狀態之間的過渡過程是對大規模電網的攝動，對大規模電網的穩定運行產生一定影響，需要改善微網格的結構和構成參數，改善控制戰略，排除對大規模電網的影響。

先進的能源管理和優化運行先進的能源管理是微電網的關鍵組成部分，通過分布式設備和負載的靈活調度，實現基于能源需求、市場信息、運行限制的快速決策和系統優化。微網與傳統的網絡之間不同之處在于熱電匹配，微網通過負載設計實現了與熱電的耦合，這樣就導致微網可以與電網自由交換能量，微網EMS可以提供高質量的電力以犧牲非關鍵負載或延遲響應分層服務，這樣就能夠在特殊情況下付出可以接受的代價來保護關鍵負載。

3 系統穩定性

3.1 產生穩定性影響的原因

在新能源發電過程中，自動發電控制系統影響整個系統穩定性，因為發電控制決定整體功率以及頻率的穩定，因此需要對自動發電控制造成的穩定性波動進行分析。特別是當新能源連接到當地的電力網時，自動發電控制系統起到了更重要的作用。新能源有功功率控制系統需要收集電力系統不同部分的運行數據信息，并根據各日期預測的負載曲線、風能或太陽能的輸出曲線和輸出預測來監測這些數據信息。針對傳統發電機等全網曲線計算功率平衡，并根據實際需要智能控制全網太陽能和風力輸出。

3.2 控制系統穩定性

在實際的控制過程中，發電自動控制主要是控制各種發電的設備。通過中控進行具體設備的控制，通過指令來調整發電設備運行狀態，實現自動控制過程。調整發電機的運轉率時，必須調整發電機的運轉率，以保證安全運轉。系統功率方面和負載方面的功率平衡不可或缺的關鍵技術是電力系統安全可靠的動作。為了實現穩定控制，可以對不同種類新能源或者多種模式新能源混合發電的裝置以及發電環節進行模擬構建，進行基本控制模擬分析。將新能源發電單元作為獨立區域，構建自動發電控制系統，分析其控制性能和實時控制效果。

風能和傳統的自來水及電不同，風能是不規則、變動的能源。所以發電功率受到風速和風力的影響很大，因此需要進行穩定控制，合理控制風力變化過程中整個電網的供電負荷以及頻率波動。以往的風力能源自動發電控制系統常利用風力能源作為電氣區域的負荷擾動，形成包含風電和火力的電力區域，并控制火力裝置的輸出負荷到達該區域。

當風力發電并網容量較小時，根據現有包括風能在內的自動發電控制系統的結構，可以解決風電并網問題。但當風力發電并網容量較大時，為了應對風力發電機出力負荷變化較大，必須對區域火電機組進行大范圍、連續性調整。調節裝置的輸出負載，排除不利于安全運行的因素。如果有風力發電機，輸出負載變化比較大，可能會引起整個區域的頻偏波動較大。因此，應調查以風力發電為獨立區域的自動發電控制系統的構造，如果風力發電機的輸出負荷顯著變化的話，全系統可補償負荷達到目標，應確保系統安全穩定運行，并達到高效節能的目的。

4 結論

在自動發電控制系統中，風能作為負荷擾動加到一個單位面積負荷，風電機組輸出功率的所有波動都由該地區的火力單元調節。該地區的火力發電廠必須對負荷變化做出快速反應，且并網風力發電機組容量因火力發電廠本身負荷變化的物理限制而不會很大，否則火力發電廠機器會跟不上當地負荷的變化，這也是風電的網絡模式的缺點。為了保證局部發電負荷一定，當地的火力發電站的連續可變輸出負荷對能源的有效利用不利，也對安全可靠的高運轉不利。未來的研究非常需要提出一種改善新能源并網的新方法。