建设网 大型集群风电有功智能控制系统填补国内空白
杨大春
摘 要：大型集群风光有功智能控制系统（简称风光有功控制系统）根据新能源发电外送通道的实时潮流、调峰约束决定的新能源总计划上限，实时计算电网对于新能源的接纳能力，结合新能源电站的出力、发电能力，在确保电网安全稳定的前提下，最大限度提高电网对新能源发电的接纳能力，实现对新能源的充分利用。
关键词：新能源；风电；光伏；有功控制；智能
引言
大型集群风光有功智能控制系统（简称风光有功控制系统）根据新能源发电外送通道的实时潮流、调峰约束决定的新能源总计划上限，实时计算电网对于新能源的接纳能力，结合新能源电站的出力、发电能力，实现对新能源电站实时出力的动态优化分配。
为了更好的适应电网运行方式、调度模式的变化，本系统支持按断面裕度自动控制模式、调度员模式、紧急调峰模式、紧急控制模式、限风解除模式四种控制模式，以便在各种运行方式及故障情况下合理分配各新能源电站的出力计划，保证电网的稳定可靠运行，同时最大限度提高电网的输送能力，使新能源电站的出力最大化、最优化，实现对新能源（风能、光伏）资源的充分利用。
1 风光有功控制功能
1.1 系统整体架构
风光有功控制系统基于D5000平台，运行于调度中心站，是大型集群风光智能控制系统的核心组成部分。整个大型集群风光智能控制系统共包括两层结构：调度中心站、有功控制执行站（新能源电站）。调度中心站主要实现对整个系统实时监控，实现智能协调控制策略、实时控制指令的计算和下发、新能源电站加出力申请的自动批复、运行方式和控制模式的切换等主要功能。调度员可通过中心站控制终端实时监控各新能源电站实时控制指令数据、出力、电量完成情况、指令执行情况、预测精度、超发增发等各关键场站、送出通道关键断面和新能源上网主变潮流、裕度等数据及各新能源电站装置的运行情况、申请模式、动作报告等内容。
新能源电站装设有功功率控制装置，实时监测各电站的出力，并根据中心站自动分配给各电场实时控制指令控制新能源电站出力，实现新能源电站出力最大化、最优化、切机组最小化控制，并实现超发告警及超发切机功能。通过以太网与新能源电站集控系统通信，接收集控系统传送的实时预测的最大发电能力，发送给集控系统允许发电控制指令值、总发电量、超发告警信息以实现闭环控制。
本系统主要根据全网新能源消纳空间、输电断面实时裕度、新能源电站的实时出力及发电能力，优化分配新能源电站的有功发电计划，在确保电网安全稳定的前提下，最大限度提高电网对新能源发电的接纳能力，实现对新能源的充分利用。
1.2 系统功能特色
（1）充分利用新能源发电能力和电网的接纳能力，在不违反电网安全约束的前提下，保证新能源电站出力最大化。（2）分配策略体现公平、公正原则，根据新能源发电能力和开机容量来分配每个电站的实时计划，从而保证每个新能源电站实时计划的公平性。（3）信息相互开放，充分公开，所有新能源电站出力、计划等信息彼此可见。
1.3 控制模式
1.3.1 断面裕度自动控制模式。按各控制断面潮流裕度自动调整控制模式下，系统对风电外送通道进行实时检测，可实时计算潮流断面的传送裕量，实现对各新能源电站实时出力的智能控制。断面实际不越限时，不实施超前控制。只针对实际越限的断面，压低新能源出力。
1.3.2 调度员模式。若电网发生特殊情况，需要人工干预，可转入调度员控制模式，此模式可人工控制各新能源电站的实时控制指令。控制指令为96点输入，每15分钟对应一个指令值。
1.3.3 紧急调峰模式。若电网发生特殊情况，需要人工干预设置新能源上限出力，可转入紧急调峰模式。此模式与调度员控制模式的区别是该模式计划值为单點输入，该模式下，计划值保持不变，即计划值=峰值。
1.3.4 紧急控制模式。电网事故情况下，若电网接纳风电能力下降，需要消减新能源出力，此时可转入紧急降出力模式。此模式下，调度人员只需输入整个风电需要消减的有功出力总和，系统自动根据输入的消减量，按照公平原则分配给各新能源电站，新能源电站自动调节出力。因为新能源电站运行单位众多，该方式大大减小事故处理时间。
1.3.5 限风解除模式。在限风解除模式下，全网自动调峰计划只增不减；全网及断面相关分区均不限电，则不考虑断面约束。在分区人工限电或断面控制时，只针对实际越限的断面，压低新能源出力；断面实际不越限时，不实施超前控制。全网控制指令逐步提升，直至装机容量。
2 实时计划分配说明
2.1 总体目标
充分利用新能源发电能力和电网接纳能力，在不违反电网安全约束的前提下，保证新能源电站出力最大化。确保计划分配的公正、公平性，根据实时出力或开机容量来分配计划。
2.2 约束条件
新能源发电计划必须同时满足断面约束、调峰约束（整体或风光分别指定）以及各个电站自身的出现上下限约束。
2.3 控制指令
电网安全约束（断面及调峰），决定了相应的总计划上限，根据新能源电站的实时出力或开机容量进行分配，得到的指令称为控制指令。
2.3.1 根据开机容量来分配。按装机分配时，新能源电站i控制指令=总计划上限×新能源电站i装机/∑装机。根据断面限额约束或人工总计划约束，结合实际断面潮流、新能源出力可得出新能源的总发电计划；再根据各个新能源电站的开机容量（计及电站相对于断面的灵敏度），完成总计划的分配。每个电站分得的计划称之为控制指令。
2.3.2 根据实时出力来分配。按出力分配时，新能源电站i控制指令=总计划上限*新能源电站i实时出力/∑实时出力。为保证新能源电站出力最大化，实时计算电网总接纳风电能力，根据电网总接纳能力的变化及各新能源电站当前出力和新能源电站提出加出力申请（人工和自动两种方式）每固定周期计算一次各新能源电站实时控制指令，并下发至各新能源电站，该实时控制指令为上限值，低于该实时控制指令新能源电站可自由发电。以保证电网安全稳定运行为首要条件，未提出加出力申请或提出加出力申请未批准的情况下，高于实时控制指令值运行，超过规定时间，由控制执行站装置切除相应的馈线，使出力回到实时控制指令值以下，保证主网安全。
3 结束语
大型集群风光有功智能控制系统充分考虑电网实际运行情况，通过对场站出力的最优公平分配实现电网对新能源的最大程度接纳。
参考文献
[1]朱晨宸，林俐.风电集群多时间尺度有功功率协调控制策略[D].北京：华北电力大学，2014.
[2]杨琳.大规模风电并网系统安全稳定紧急控制策略的研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2012.
