試論風(fēng)電AVC電壓無功控制系統(tǒng)及AGC功率控制系統(tǒng)在風(fēng)電場的運(yùn)用

張鐵龍

摘 要：風(fēng)力發(fā)電作為新能源的主力發(fā)電之一已形成較大規(guī)模。隨著風(fēng)電發(fā)電容量占比的快速增長，電力部門對風(fēng)力發(fā)電的電能質(zhì)量及控制的要求也越來越高。該文針對目前風(fēng)力發(fā)電項目中普遍采用的AVC電壓無功控制系統(tǒng)及AGC功率控制系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 AVC AGC 電壓無功控制系統(tǒng) 功率控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0012-02

1 系統(tǒng)概述

1.1 AVC電壓無功自動控制

風(fēng)電場投入AVC后，根據(jù)設(shè)定的母線電壓值或由中調(diào)給定的無功功率或電壓曲線進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，輸入電壓遙調(diào)目標(biāo)值后，進(jìn)行無功功率自動控制。AVC電壓無功自動控制系統(tǒng)的控制對象包括：分接頭、SVG、風(fēng)電機(jī)組。所有被控對象都設(shè)有功能投切軟壓板，支持遙控，可實(shí)時指定參與/不參與有功/無功控制。

首先通過采集的母線電壓、母線無功（主變高壓側(cè)無功）等實(shí)時數(shù)據(jù)，計算出電廠側(cè)的系統(tǒng)阻抗，然后通過系統(tǒng)阻抗和設(shè)定的目標(biāo)電壓值預(yù)測出在設(shè)定目標(biāo)電壓值下應(yīng)從母線注入電網(wǎng)的無功。獲得無功目標(biāo)值后，先考慮無功補(bǔ)償系統(tǒng)，無功補(bǔ)償系統(tǒng)的容量按照其額定容量的95%考慮，如果無功補(bǔ)償系統(tǒng)容量滿足需求，就將目標(biāo)無功功率都分配給無功補(bǔ)償系統(tǒng)，不在機(jī)組間分配；當(dāng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)容量不能滿足需求時，先給無功補(bǔ)償系統(tǒng)分配其最大容量（額定容量的95%）的無功功率，然后再將剩余無功功率在各個機(jī)群間進(jìn)行分配，最后機(jī)群內(nèi)對處于運(yùn)行態(tài)的機(jī)組間分配，在機(jī)群間和機(jī)組間分配無功時采取等功率因數(shù)法進(jìn)行分配，同時考慮機(jī)組的機(jī)組無功上下限。實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，高壓側(cè)電壓、低壓側(cè)電壓、風(fēng)場無功、風(fēng)場功率因數(shù)；需要借助的控制手段：調(diào)節(jié)分接頭、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)無功、調(diào)節(jié)SVG。考慮到經(jīng)濟(jì)效益等因素，風(fēng)場無功按照SVG、風(fēng)機(jī)的順序進(jìn)行風(fēng)場無功的分配。在風(fēng)機(jī)中進(jìn)行無功分配時，按照無功裕度法進(jìn)行分配。同時在對風(fēng)機(jī)無功進(jìn)行控制時，考慮如何在讓其有功滿發(fā)的情況下，利用其無功容量滿足電壓調(diào)控的目的。

1.2 AGC功率控制系統(tǒng)

（1）跟蹤調(diào)度負(fù)荷曲線。通過風(fēng)機(jī)的功率分配，使得總出力控制在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

（2）實(shí)現(xiàn)就地功率自動控制。根據(jù)本地預(yù)設(shè)的負(fù)荷曲線，通過風(fēng)機(jī)的功率分配，控制風(fēng)機(jī)總出力在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

（3）自動控制風(fēng)機(jī)投切頻率。下發(fā)指令時，先判斷控制對象的控制頻率，讓各風(fēng)機(jī)被切除的頻率相同。

為保證風(fēng)機(jī)不被切除的太快太多，可以從時間上分別控制各風(fēng)機(jī)，時間間隔可單獨(dú)設(shè)置。

2 AVC電壓無功自動控制系統(tǒng)及AGC功率控制系統(tǒng)特點(diǎn)

AVC電壓無功自動控制系統(tǒng)：風(fēng)電場無功電壓自動控制系統(tǒng)基于成熟的系統(tǒng)軟件平臺實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件平臺應(yīng)支持以下功能。

（1）支持多種電壓無功調(diào)度方式，包括電壓/無功曲線、實(shí)時指令，可快速響應(yīng)調(diào)度命令。

（2）實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)無功電壓的自動控制。

（3）綜合考慮并網(wǎng)點(diǎn)電壓/場內(nèi)電壓、無功/功率因數(shù)，采用多目標(biāo)優(yōu)化分區(qū)策略實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)的自動電壓無功控制。

（4）可實(shí)現(xiàn)主變分接頭、風(fēng)機(jī)、SVC/SVG、電容器組等設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。

（5）所有被控對象（風(fēng)機(jī)、分接頭、SVC/SVG）都設(shè)有功能投切軟壓板，支持遙控，可實(shí)時指定參與/不參與有功/無功控制。

（6）可對有功、無功等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、存儲及圖表顯示。

（7）采用數(shù)據(jù)預(yù)判機(jī)制，判斷采集數(shù)據(jù)的有效性，保證系統(tǒng)的可靠控制。

（8）完善的閉鎖機(jī)制，考慮數(shù)據(jù)無效、通訊中斷等異常條件，靈活可設(shè)，為正確控制提供可靠閉鎖。

（9）與風(fēng)機(jī)和無功補(bǔ)償裝置通信支持OPC或Modbus等多種通信協(xié)議。

（10）符合風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定。

（11）系統(tǒng)完全支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

AGC功率控制系統(tǒng)：采集所要監(jiān)視的功率（35 kV母線電壓電流），送到后臺進(jìn)行分析處理后，傳送給風(fēng)機(jī)通訊管理機(jī)，利用RS485口通過通訊方式對風(fēng)機(jī)進(jìn)行指令控制。以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電限發(fā)。

3 AVC/AGC綜合通信管理

遠(yuǎn)動裝置經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約與間隔層裝置通信，把所采集到的數(shù)據(jù)送到內(nèi)部幾個獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后完成與調(diào)度中心的通信，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。目前標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)動通信裝置應(yīng)具有以下主要功能與特點(diǎn)。

（1）實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)，光伏電站逆變器、匯流箱，氣象監(jiān)測裝置，無功補(bǔ)償裝置，儲能裝置，升壓站綜自系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸。

（2）實(shí)現(xiàn)控制命令與執(zhí)行結(jié)果的上傳下達(dá)。

（3）采用全密閉無風(fēng)扇低功耗嵌入式硬件設(shè)計，具備硬件看門狗。

（4）采用沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動部分的電子盤存儲數(shù)據(jù)。

（5）支持雙機(jī)冗余配置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換。

（6）支持遠(yuǎn)程配置、診斷、維護(hù)、升級。

（7）支持歷史數(shù)據(jù)的采樣、統(tǒng)計、存儲和傳輸，支持1～60 min平均、最大、最小、標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計。

（8）與相關(guān)設(shè)備配合完成AGC、AVC，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的啟停、偏航、變槳、有功功率設(shè)點(diǎn)控制、無功功率設(shè)點(diǎn)控制等各種控制功能。

（9）支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT、MODBUS、OPC DA/XML-DA等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采集數(shù)據(jù)、上傳信息并實(shí)現(xiàn)控制

（10）支持內(nèi)置AGC、AVC功能。

（11）設(shè)備主要參數(shù)如下。

①以太網(wǎng)接口：12個獨(dú)立的10 M/100 M/1 000 M自適應(yīng)網(wǎng)口，可擴(kuò)充。

②RS232/422/485接口：10個，可擴(kuò)充。

③存儲容量：標(biāo)配4GB，可擴(kuò)充。

④電源：交直流兩路冗余電源，無縫自動切換。

⑤安裝方式：標(biāo)準(zhǔn)的19英寸2U機(jī)箱，機(jī)架式安裝。

4 AVC電壓無功自動控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的通信接口

（1）與省調(diào)主站系統(tǒng)。通過主站AVC系統(tǒng)的連接通信，對新能源場站進(jìn)行電壓無功的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無功控制優(yōu)化。

（2）發(fā)電設(shè)備。通過監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)從發(fā)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時轉(zhuǎn)發(fā)控制令到監(jiān)控系統(tǒng)。功率自動控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)之間采用OPC或Modbus-TCP規(guī)約進(jìn)行通信。

（3）變電站監(jiān)控系統(tǒng)。變電站監(jiān)控系統(tǒng)為AVC系統(tǒng)提供關(guān)于變電站的信息。AVC控制系統(tǒng)和變電站監(jiān)控之間優(yōu)化控制子站獲取的參數(shù)包括無功補(bǔ)償設(shè)備投切情況、無功補(bǔ)償設(shè)備類型及容量、電網(wǎng)電壓、頻率、并網(wǎng)點(diǎn)有功及無功功率等。

（4）無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償系統(tǒng)狀態(tài)（可以投入運(yùn)行、已經(jīng)投入運(yùn)行、故障、檢修）；無功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)發(fā)無功功率，發(fā)出無功時為正，吸收無功時為負(fù)；無功補(bǔ)償系統(tǒng)可發(fā)出最大無功功率；無功補(bǔ)償系統(tǒng)可吸收最大無功功率。無功補(bǔ)償系統(tǒng)狀態(tài)（可以投入運(yùn)轉(zhuǎn)、已經(jīng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)、故障、檢修）。

5 結(jié)語

目前AVC電壓無功自動控制系統(tǒng)及AGC功率控制系統(tǒng)已成為風(fēng)電場中必配的控制系統(tǒng)，希望兩套系統(tǒng)在新能源企業(yè)應(yīng)用中將發(fā)揮出更大作用。

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