风电场能量管理系统许继风电科技1435

能量管理系统2013.82013.8目 录231功率控制理功率控制理论小小结自动电压控制（AVC）系统自动发电控制（AGC）系统4风电并网并网现状状产品介品介绍521 风电并网现状1.1 风电建设风电发展迅速，发展潜力大。2012年，中国（不包括台湾地区）新增装机为7872台，装机容量为12960MW；累计装机容量53764台，装机容量为75324.2MW。根据“十二五”规划要求，到2015年投入运行的风电转机容量达到1亿千瓦，年发电量达到1900亿千瓦时，风电发电量在全部发电量中的比重超过3%（2010年为1.2%）。受风能资源特性的影响，随着风电规模的扩大，风电发展面临许多新的挑战。31 风电并网现状1.2 风电并网特性风电的反调峰特性增加了电网调峰的难度。据东北、蒙西和吉林电网统计结果，风电反调峰概率分别为60%、57%和56%。吉林电网由于风电接入，一年内峰谷差变大的时间达到210天。由于调峰容量不足，吉林、蒙西电网都出现了低负荷时段弃风的情况。风电的间歇性、随机性增加了电网调频的负担。根据统计，2008年2月到11月新疆地区风电在30分钟内出力波动超过9万千万达到347次，增加了电网调频的压力和常规电源调整的频次。41 风电并网现状1.2 风电并网特性风电加大电压控制难度，随着大规模风电场接入电网，电网运行控制出现了很大困难。据统计，受风电影响，蒙西电网锡盟灰腾梁风电基地沿线变电站220千伏母线电压全年维持在额定电压的1.1倍；新疆电网达风变110千伏系统电压长期在113千伏以下，为支撑110千系统电压，达风变220千伏母线电压不得不全年维持在238千伏以上，运行电压调整十分困难，也对输变电设备安全造成了威胁。目前风电场运行过度依赖系统无功补偿，限制了电网运行的灵活性。如：蒙西塔拉地区500千伏无功补偿设备停运时，220千伏系统电压最高升至257千伏。51 风电并网现状1.3 风电场能量管理系统为了为建立电网友好型风电场，国家电网风电场并网规范对大规模风电场的功能需求和运行指标（爬坡速率、下降速率、功率波动、无功支撑能力等）提出了诸多要求，其中包括有功频率控制功能，无功电压控制功能。风电场能量管理系统是实现这种要求的一项必要措施。它包括两部分两部分内容：n自动发电控制（AGC)负责有功频率调节n自动电压控制（AVC)负责无功电压调节61 风电并网现状1.3 风电场能量管理系统71 风电并网现状内蒙哈日乌苏风电场能量管理系统结构图82 自动发电控制（AGC）系统2.1 自动发电控制（AGC）概念自动发电控制(AGC,AutomaticGenerationControl)，早期称为“电力系统频率与有功功率自动控制”，发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度交易机构下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。92 自动发电控制（AGC）系统2.2 风电AGC产生背景1）电网频率：电网频率是衡量电能质量的基本指标之一。高频率或则过低频率都会对用电设备和发电设备的工作效率或则稳定性造成消极影响。2）政策法规：我国电力系统的标称频率为50Hz，GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到0.5Hz。102 自动发电控制（AGC）系统2.2 风电AGC产生背景3）频率波动原因及调节措施频率波动原因：发电机输入功率和输出功率(负荷)之间的不平衡传统发电系统调频措施：一次调频、二次调频、三次调频一次调频目标：偶然性负荷。方式：自动调节。特点：执行元件是调速器，反应迅速、持续时间短，属于有差调节。二次调频目标：脉动性负荷。方式：手动或自动。特点：执行元件是原动机，反应缓慢，但属于无差调节，没有考虑经济分配。三次调频目标：趋势性负荷。措施：手动或自动。特点：执行元件是发电厂或发电机组，反应更慢，考虑经济性分配，计划性。112 自动发电控制（AGC）系统2.2 风电AGC产生背景3）频率波动原因及调节措施为了提高二次调频和三次调频操作人员的工作效率并减小他们的劳动负担，50年代，工程技术人员便提出了AGC（AutomaticGenerationControl)技术，即自动发电控制系统。现在AGC技术已经成为电网EMS(能量管理系统)重要组成部分。122 自动发电控制（AGC）系统2.3 风电场AGC产生大部分风场工作在最大功率输出模式，不参与调峰。风电场功率输出波动性、间隙性，难于预测。不参与调频，加重了火电、水电调频负担。风场发电单元多，手动操作速度慢、效率低，满足不了调度的速度需求。因此，风电场更需要有一套能量管理控制系统，同时还需要有一套风电场功率预测系统配合，完成风电场出力可测可控的任务；调度中心按照经济分配原则制定发电计划，风电场按照调度计划结合频率偏差自动控制风场发电量。132 自动发电控制（AGC）系统2.4 风电场有功频率控制现状n大多风电场无AGC功能，风场风机运行在最大功率输出模式。n不能接受调度指令。n不能按照频率波动控制有功输出。142 自动发电控制（AGC）系统2.5 风电场控制要求国家电网公司【2009】327号文件：风电场具有有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需要安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率出力信号，确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。152 自动发电控制（AGC）系统2.6 风电场AGC基本要求风电场风电场接受调度中心发来的功率指令，按照调动中心指令控制电厂发电功率（三次调频），同时监控电网频率偏差，按照频率偏差在调度指令的基础上改变功率输出（二次调频）。风场双馈发电机不能实现一次调频。为了更好控制风机输出功率，AGC必须能够根据单台风机的风况预测短期内风机的有功出力，保证控制精度。16实现AGC条件风功率预测给调度部门提供风电场未来发电能力，便于他们安排调度计划。风场风机应具有限功率工作能力：避免风机频繁启停。风机调频：双馈发电机不具备调频功能，发电机输出的电能频率被动跟随电网频率，但风机存在有功功率调节能力，通过调节风机有功功率，可以减轻其它发电设备调频负担，从而间接调节电网频率。备用容量添加储能设备或则限制风电场最大输出量，为了调频调峰时使用。2.6风电场AGC基本要求172 自动发电控制（AGC）系统2.6 风电场AGC基本要求风电有功功率控制系统主要包括：主控制器、风场风机数据采集、并网侧数据采集、电能分配。182 自动发电控制（AGC）系统2.6 风电场AGC基本要求AGC控制器原理图PI给定EP=(Pref-PPCC)+Kfp(fref-fPCC),Kfp为系统调频系数，这个计算式和水电、火电区域控制偏差ACE一致。当频率偏差为零时，风场完全按照调度指令工作，相当于三次调频。当频率偏差非零时，PI控制器给定则叠加了频率波动引起的功率输出需求。192 自动发电控制（AGC）系统2.7 仿真仿真实验1：6台2MW风机，连接至强电网202 自动发电控制（AGC）系统2.7 仿真仿真实验2：论文对风场AGC运行效果做了仿真。3台风机风机容量2Mw,即风场总容量6MW,风连接到一个强电网上仿真结果212 自动发电控制（AGC）系统2.7 仿真以上两个仿真的前提条件都是在风机有富裕的输出功率，且具备调节能力；u风机并不是按做大功率输出模式运行，甚至与之相差较远；u风场输出可以跟随调度指令输出有功功率风况随机性特别强，如果需要很好的发电计划，必须有一套精度较高的风电场功率预测系统；222 自动发电控制（AGC）系统2.8 小结对风电场AGC用几句话概述几个要点：u随着并网风电容量的增加，风电场必须有一套可靠的功率调节系统。u风电场要想达到常规发电厂功率调节的效果，必须有一套风电场风功率预测系统支撑，调度需要根据负荷分配情况，做好发电计划，从而控制风电场发电量,使风电场参与电网频率调节和电能经济分配。233 自动电压控制（AVC）系统3.1 自动电压控制（AVC）概念自动电压控制(AutomaticVoltageControl)，通过实时系统数据的分析和计算，将系统的无功调节进行分配、自动优化处理从而满足系统运行需要的一种控制，其作用是使系统的运行费用最低，同时系统的可靠性大大提高。243 自动电压控制（AVC）系统3.2 风电AVC产生电压偏移过大引起的问题：影响生产设备正常运行，甚至损坏设备；更严重的引起系统“电压崩溃”，造成停电；政策法规：GB/T15945-2008供电质量供电电压偏差中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称标称电压的10%，20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的7%；220V单相供电电压偏差为标称电压的的+%7，-10%。253 自动电压控制（AVC）系统263 自动电压控制（AVC）系统调压措施调压措施控制区域控制区域工作特点工作特点控制对象控制对象时间常数时间常数一级调压本地控制快速性AVR，变压器分接头等几百毫秒到几秒二级调压区域控制保持中枢点电压平衡一级调压系统几十秒钟到分钟级三级调压全系统控制系统经济性二级调压系统十几分钟到小时级3.4 电网电压的调节措施273 自动电压控制（AVC）系统3.4 电网电压的调节措施通过控制每台发电机的无功出力，可以改善电网电压质量283 自动电压控制（AVC）系统3.5 风电场AVC现状我国目前风电厂大多无AVC，风电机组大多不发无功，不参与无功电压调节；风电机组在运行过程中，有时也吸收无功，风电场的无功电压部分依靠集中式的无功补偿装置来调节；部分风电场根本没有无功补偿装置。风机变流器具备快速调节无功的能力，整个风场的变流器组合起来可以作为“虚拟SVG”参与电网无功调节，改善电网电压质量。293 自动电压控制（AVC）系统3.6 电网对风电场无功调节要求国家电网公司【2009】327号文件对风电场无功无功做了以下要求：a)风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力，能够自动快速调整无功总功率。首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，在风电场集中加装无功补偿装置。b)风电场无功补偿装置能够实现动态的连续调节以控制并网点电压，且调节速度应能满足电网电压调节的需求。303 自动电压控制（AVC）系统3.7 无功电压优化计算的难点参与一级调频，AVC实时性要求高，控制周期甚至达到毫秒级；控制对象多，且限制因素多：风机无功设定值需考虑PQ曲线限制，无功分配时需要在风机和其他无功补偿装置上分配无功，甚至还需要控制变压器分接头，控制复杂；被控对象是多变量、时变系统，控制算法复杂：电压变化和无功需求不是简单的比例关系，它们随负荷和电网结构变化而变化；需要风机变流器支持；313 自动电压控制（AVC）系统3.8 AVC的结构和算法结构上包括四部分主控制器、风场风机数据采集、并网侧数据采集、电能分配323 自动电压控制（AVC）系统3.8 AVC的结构和算法PI给定EQ=(Qref-QPCC)+KUQ(Uref-UPCC),KUQ为电压敏感系数，非常数333 自动电压控制（AVC）系统3.9 仿真8台2MW风机，每台风机至少可输出0.75MVar无功功率，连接到一个弱电网，仿真结果如下343 自动电压控制（AVC）系统3.9 仿真8台2MW风机，每台风机至少可输出0.75MVar无功功率，连接到一个弱电网，仿真结果如下353 自动电压控制（AVC）系统3.9 仿真实验结论：当风机接入到一个弱电网时，利用风机自身无功功率生产能力，可以使并网点电压在电网规定的范围内浮动。但当风机连接至一个强电网时，风电场容量限制，它无法消除电网电压波动，但可以输入一定的无功，减轻传统发电设备电压调节负担。363 自动电压控制（AVC）系统3.10 小结对风电场AVC用几句话概述几个要点：u技术需求和电网安全要求决定了风电场需要添加AVC功能：高压母线无功功率失衡是导致电压波动的主要原因，远距离传输无功会产生大量损耗，故需要采用分层分区原则控制无功平衡。u风电场AVC接收调度指令并监控并网点电压，控制风电场无功功率,使风电场参与电网电压调节和无功经济分配。374 小结随着越来越多的风电场并网运行，电网的安全稳定运行控制难度越来越大；风电场对AGC、AVC的需求越来越强烈；国外AGC/AVC控制产品相对成熟，可查的文献也不少，而国内很少有成熟的文献资料；特别是风电AVC技术，控制复杂、实时性要求高，还需要广大科研人员花大力气去完善。385 产品介绍395 产品介绍工作模式：AGC自动发电控制AVC自动电压控制恒功率因数控制（目前没有做）命令给定方式：近控，接收监控后台给定电站AGC/AVC指令远控，接收省调指令。省调指令分为两种形式：参考曲线形式和参考值形式405 产品介绍4142谢 谢！