基于RTDS的風電場AVC動模仿真試驗分析

王 浩

(呼和浩特供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

隨著風力發(fā)電技術的迅速發(fā)展和國家的政策支持，近年來我國風力發(fā)電發(fā)展迅速。但是，因為風電系統(tǒng)本身特有的運行特征和控制特征，以及風電場接入電網(wǎng)方式，大面風電并網(wǎng)對網(wǎng)內(nèi)造成暫態(tài)特性、靜態(tài)特性、頻率穩(wěn)定、電壓質(zhì)量、電能質(zhì)量和電網(wǎng)保護方面產(chǎn)生一定水平的擾動，其中最為顯著的是電壓無功問題[1]。

AVC是大規(guī)模風力發(fā)電集中地區(qū)無功電壓平衡的重要部分，其在負荷、電網(wǎng)節(jié)點處的無功電壓合理分布起關鍵作用。目前，風力發(fā)電廠的調(diào)度自動化發(fā)展情況尚處于起步階段，風力發(fā)電不易觀察測量，不易控制等問題較為突出。所以，在較為完善的火力發(fā)電廠、變電站AVC系統(tǒng)的前提下，考慮風力發(fā)電廠自身的控制特征，改善風力發(fā)電廠調(diào)度自動化程度，增加無功補償裝置的應用效率，加強電壓穩(wěn)定性，達到風力發(fā)電有序的精確地控制，綜合控制風力發(fā)電廠及無功補償裝置的無功輸出，對電網(wǎng)的電壓調(diào)控具有關鍵作用[2]。

1 風電場AVC控制系統(tǒng)基本原理

1.1 風電場AVC控制手段及控制策略

風電場AVC定時接收調(diào)度主站下發(fā)的控制電壓目標值，根據(jù)風機、SVC、其他無功調(diào)節(jié)設備的運行工況、無功調(diào)節(jié)能力，風場本地無功控制系統(tǒng)利用電力網(wǎng)絡拓撲圖為基準，考慮風力發(fā)電機補償、無功補償設備的作用。

AVC系統(tǒng)計算出對應風機機組的無功出力，通過AVC系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成功率因數(shù)設定值以通訊方式下發(fā)至風電場風機監(jiān)控系統(tǒng)，風機監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)指令給單個風力發(fā)電機的本地控制系統(tǒng)，再由風力發(fā)電機控制變流器控制輸出的無功。

1.2 風電場AVC控制方式

風電場AVC子站通過風電信息終端接收內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站下發(fā)的風電場220KV母線電壓調(diào)整量。風電場側(cè)AVC子站系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍有風機、SVC和主變分接頭，在充分考慮各種約束條件后，首先計算出對應風機機組的無功出力，由全場風機監(jiān)控系統(tǒng)接收命令，再把命令發(fā)送給各臺風力發(fā)電機，由風力發(fā)電機就地控制系統(tǒng)控制風機無功功率的輸出。

1.3 風電場AVC調(diào)壓手段

風電場調(diào)壓手段為AVC自動電壓控制策略。風電場AVC子站通過風機信息終端接收內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站下發(fā)的風電場220KV母線電壓調(diào)整量。在充分考慮各種約束條件后，首先計算出對應風機機組的無功出力，當風機無功出力不能滿足系統(tǒng)需求時，加入SVC進行調(diào)節(jié)，SVC無功裕度不足時加入主變壓器分接頭進行調(diào)整。

如果風電場不投入AVC自動電壓控制系統(tǒng)的話，風電場可通過就地控制SVC進行調(diào)壓，在SVC上位機上手動輸入220kV母線電壓目標值或無功功率設定值，均可通過SVC發(fā)出感性/容性無功功率進行調(diào)壓。

1.4 風電場AVC的輸入輸出

風電場AVC子站與內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站通過風機信息終端實現(xiàn)通信。子站負責信息采集接收。子站系統(tǒng)利用RTU設備得到母線和主變信息，這種方式合理規(guī)避了子站采集信息和中調(diào)采集信息的數(shù)據(jù)源相同而導致的數(shù)據(jù)重復，子站采集的數(shù)據(jù)有：高、低壓側(cè)母線電壓、變壓器有用功率及無功功率等等。

子站給風力發(fā)電機下發(fā)命令，通過風機本地風機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整風力發(fā)電機無功出力，同樣下發(fā)命令給SVC系統(tǒng)，調(diào)整SVC的無功出力情況。AVC子站狀態(tài)信號經(jīng)由風機信息終端上傳至中調(diào)AVC主站。

1.5 風電場AVC系統(tǒng)的通信配置

風電場采用系統(tǒng)雙主機配置方式，配置2臺系統(tǒng)主機。子站負責接收內(nèi)蒙古中調(diào)發(fā)出的母線電壓調(diào)節(jié)命令，經(jīng)過計算處理，下發(fā)命令給風力發(fā)電機及SVC設備。

當SVC裝置達到滿出力運行時，AVC子站系統(tǒng)再根據(jù)當前所需要調(diào)節(jié)的220kV母線電壓值提示運行人員調(diào)整主變分接頭位置。具體控制方式及要求，按照電網(wǎng)公司相關規(guī)定、要求，將控制方式調(diào)整為最優(yōu)化、最經(jīng)濟運行方式。

SVC能實現(xiàn)接收AVC子站下發(fā)的電壓或無功(功率因數(shù))指令，自動調(diào)節(jié)SVC無功出力。子站與風電場主控制室系統(tǒng)后臺通信。子站系統(tǒng)作為系統(tǒng)終端主機，后臺則屬于控制端屬于人機交換界面來監(jiān)控和控制子站主機。

2 風電場AVC動模仿真試驗分析

2.1 RTDS實時數(shù)字仿真器介紹

實時數(shù)字仿真器RTDS是由加拿大Manitoba直流研究所開發(fā)的電力系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)較常規(guī)仿真而言，RTDS具有快捷的搭建模型能力，精準地完成電力系統(tǒng)動態(tài)仿真仿真試驗，具有較強的延伸性和兼容性。RTDS通過數(shù)模轉(zhuǎn)換可以把仿真結論以模擬量形式導出，在仿真各類控制過程及繼保試驗將RTDS與實物設備鏈接，形成閉環(huán)回路，筆者利用此功能實現(xiàn)了RTDS仿真數(shù)字模型與AVC設備的閉環(huán)回路。由上可知，RTDS是一種較為領先的時時仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字-物理結合的仿真模式。

2.2 試驗概述

本試驗利用模擬主站來模擬中調(diào)下發(fā)指令，AVC系統(tǒng)接收指令后，進行協(xié)調(diào)控制，下發(fā)指令給RTDS仿真的相應受控目標，受控目標執(zhí)行控制任務后，反饋給AVC子站后臺，通過AVC軟件界面讀取。

在測試過程中，在AVC系統(tǒng)子站后臺觀測系統(tǒng)的運行工況，如母線電壓、風機出口電壓、有功、無功、開關開斷情況、裝置狀態(tài)等遙信、遙測量。

2.3 綜合調(diào)控測試

在測試中，用Q1表示1號風機無功出力、Q2表示2號風機無功出力、QSVC表示SVC無功出力，電壓調(diào)節(jié)死區(qū)為1kV，測試前將SVC調(diào)節(jié)至遠控模式。

表1給出了電壓調(diào)節(jié)的詳細過程，AVC收到調(diào)節(jié)指令，向風機發(fā)出調(diào)節(jié)命令，進入風機調(diào)節(jié)模式，風機響應為調(diào)節(jié)裕度不足時，轉(zhuǎn)入SVC調(diào)節(jié)模式，SVC無功出力達到其上限，母線電壓仍未達到目標值，AVC切換至主變分接頭調(diào)節(jié)，從而達到調(diào)節(jié)電壓的目的。

表1 綜合控制的電壓調(diào)節(jié)試驗數(shù)據(jù)

3 結束語

筆者研究了AVC的控制方法，包括其控制手段、控制策略、控制方式、調(diào)壓手段及輸入輸出方法。介紹了AVC通信原理，即由中調(diào)到AVC主站、AVC子站，由AVC子站分別到風機監(jiān)控系統(tǒng)、風電場升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、SVC系統(tǒng)?；陲L電場現(xiàn)場情況，建立了AVC系統(tǒng)的RTDS動模仿真模型，并進行綜合調(diào)控試驗。

仿真試驗結果表明，AVC系統(tǒng)在電壓無功控制精度、響應速度、安全性能等指標滿足電網(wǎng)所需要求，改變了人工調(diào)節(jié)穩(wěn)定性、準確性、可靠性不足的缺陷，提高了調(diào)控效率，改變了傳統(tǒng)的調(diào)度模式，AVC系統(tǒng)的投運對保障電網(wǎng)的電壓正確率、減少無功損耗、增強系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行能力發(fā)揮了關鍵的作用。