基于分散式風電的集控方案設計與實施

徐 晨 高 偉 趙重陽/沈陽華創(chuàng)風能有限公司

基于分散式風電的集控方案設計與實施

徐 晨 高 偉 趙重陽/沈陽華創(chuàng)風能有限公司

當前風力發(fā)電已經被廣泛應用.風力發(fā)電是一種新型發(fā)電技術,與火力發(fā)電相比風力發(fā)電具有無污染的特點.在保護環(huán)境的觀念日益深入人心的背景下風力發(fā)電的作 用越來越重要.當前分散式風場達到了風電場的無人值守的理想效果，使風電運行管理水平得到進一步提高。本文主要分析了基于分散式風電的集控方案設計與實施

分散式風電；集控方案；設計實施

引言

當前風電產業(yè)的特點是高度集中、高電壓和遠距離。風電出力特性相比常規(guī)能源,它的波動更大,隨機性也比較較大,可預測性偏低,一般情況下風電調度運行不能棄風。隨之,風電產業(yè)采取“規(guī)模小、電壓低、分布式、就地分散接入電力系統(tǒng)”的風電形式呼之欲出,稱為“分散式風電”。

一、分散式風電集控系統(tǒng)的概述

分散式發(fā)電特點為：總裝機的容量低，風機切入切出對微電網沖擊很??；規(guī)模偏小，輸電距離比較短，普遍運用風場把附近電網的變電站及輸送線路；發(fā)出來的電能于地面快速消化，經濟效益比較高，但風電也因分散的特點，也成了阻礙運行管理的主要因素，從而對風電相關技術要求越來越嚴格。

現代信息技術可以實現對風電場的遠程監(jiān)測控制。風電集控系統(tǒng)的主要內容包括平時對風電場設備運行狀態(tài)和當地的風力狀況進行監(jiān)測；通過集中控制協(xié)調各個風機發(fā)電入網；在監(jiān)測到設備故障時做出處理對策，及時解決保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

二、分散式風電集控設計方案

（1）集控設計的總體思路是利用調度和集中控制兩個系統(tǒng)的協(xié)同運作來實現對分散的風電場運行狀態(tài)的監(jiān)測。

（2）風電集中控制的第一步是監(jiān)測。監(jiān)測的主要內容包括三部分：風場各位置風機的運行狀態(tài)及運行中產生的各種數據；風場的監(jiān)控錄像數據；風場其他電力設備的狀態(tài)數據。

（3）集控系統(tǒng)中監(jiān)測系統(tǒng)的組成：發(fā)電風機的數據收集和監(jiān)視控制系統(tǒng)，錄像監(jiān)視系統(tǒng)和主要電力設備，比如風場開關站的數據收集和監(jiān)視控制系統(tǒng)。

（4）為了保障系統(tǒng)的安全可靠，需要在設計中進行冗余設計。

（5）為了提高系統(tǒng)的運行速度和監(jiān)測的靈敏度，需要對集控系統(tǒng)進行分區(qū)。為了敘述方便，把對直接參與發(fā)電過程的設備進行監(jiān)控的實時控制區(qū)命名為A區(qū)；雖然也隨系統(tǒng)運行，但是不參與實時控制的非控制生產區(qū)為B區(qū)，另外一部分就是生產管理區(qū)，用C區(qū)表示。

三、分散式風場集中監(jiān)控系統(tǒng)的網絡設計

（一）風場端的網絡設計

因為風場內數據安穩(wěn)定性、安全性等方面要求各不同，設計上報方式也跟著不同。例如視頻數據獨立組網，直接接入光端機上報。無功補償信息、開關站信息本身是IEC103報文，就可選擇遠動裝置進行采集。對于氣象測風信息、電能質量在線監(jiān)測信息、電能量信息、風機監(jiān)控信息，要進行規(guī)約轉換裝置轉換為IEC103報文之后由遠動裝置進行采集。再運用遠動裝置將數據分類處理轉換為IEC104報文經過路由器及縱向加密一并送往調度與監(jiān)控中心。

（二）遠程通信的網絡設計

租用電力公司使用的通信通道是各風場及監(jiān)控中心都設置有三個2M的獨立數字通道。租用電力公司使用的通信通道是由離風場最近的變電站接入，再最遠離監(jiān)控中心的變電站接出。三個2M的通道供給視頻信息、風機信息與遠動信息進行使用。

（三）監(jiān)控中心內網設計

監(jiān)控中心內采用的設計為雙網設計，有3個安全區(qū)。其中一個區(qū)是實時控制區(qū)，由1個分機數據服務器、2個監(jiān)控工作站、1個AGC服務器、1個AVC服務器和1個GPS、2個數據采集服務器、2個風機操作員站組成。歷史數據儲存、安全監(jiān)控、人機交互及網絡管理功能及4座電場運行界面顯示，從而達到風電場無需人值班的理想狀態(tài)；達到對各風場設備情況有效監(jiān)控的目的；提高對特殊狀況下的判斷能力；各風電場能安全的進行操作；各個風電場運行管理的進一步提高；也做到有效監(jiān)控其他分析系統(tǒng)及滿足應用的需要。

四、分散式風電集控的實際應用

（一）風功率的預測的實施

用物理模型分析及統(tǒng)計模型為基礎的預測過程稱為風功率預測，風電場未來的輸出功率是依據數值天氣預報數據及結合風力發(fā)電機組運行的情況預測分析出來的。而風功率預測子系統(tǒng)是依據風場實時有功無功數據與氣象部門的數值天氣預報數據、測風塔實測氣象數據，要對未來某一時段風電場的發(fā)電情況進行分析預測是采用的是支持向量機、神經網絡等多種計算法，并要及時報予電力調度部門。

（二）風場AGC的應用

當電網頻率發(fā)生偏差較大時，為了使聯絡線的交換功率和系統(tǒng)頻率能有效維持，各個控制地區(qū)應依據本區(qū)域內的控制誤差來調控本地區(qū)內風力發(fā)電機組的出力，協(xié)調好電網從而進行調頻。其電力系統(tǒng)調度依據風功率預測系統(tǒng)發(fā)布的風力發(fā)電場當前盡可能的最大出力，調度信息要充分考慮到經濟能力、運行的安全性等制定出相應的控制發(fā)電對策，最后發(fā)送風場出力目標值到風機服務器。風機服務器再依據機組的實時運行工況及控制特性進行目標出力在風機上的分配，使風場功率調整和跟蹤得到實現。

（三）風場AVC的應用

如風場離負荷中心遠，又接入末端電網的情況下，由于受負荷變化和受風力資源的影響，因而電壓有較大波動，造成了風場發(fā)電大時電壓低和發(fā)電小時的電壓高的問題越發(fā)嚴峻，電網的安全運行得不到保障。因而實現對無功的自動控制與系統(tǒng)的電壓十分迫切。以電力調度下發(fā)的控制電壓目標值為根據風場實時運行工況及結合設備的安全因素、電網，利用控制算法產生單臺風機的無功輸出目標值及場內SVG的無功輸出目標值，最后轉發(fā)到風機服務器、SVG控制器執(zhí)行、開關站SCADA服務器，實現風場電壓自動調整功能的整個過程就是風場AVC子系統(tǒng)運行的表現。

五、結束語

隨著風電產業(yè)的的不斷的發(fā)展，面對越來越龐大的風場監(jiān)控的數據量，想要提高系統(tǒng)運行能力其控制系統(tǒng)相應的就要有更好更強大的硬件。要達到對統(tǒng)計點某時間段內的原始數據或者統(tǒng)計數據進行統(tǒng)計運的目的，系統(tǒng)也應能提供通用統(tǒng)計的功能，這樣廣大的用戶就可通過自由選擇統(tǒng)計算法。還應針對越來越復雜的風場特點，制定出一體化的控制系統(tǒng)設計的解決方案。其控制系統(tǒng)能有效處理相關數據，風功率預測、AGC、AVC等系統(tǒng)不再是孤立存在的，而是在同個數據服務、同個平臺進行高效的應用。

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