海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻改造與試驗(yàn)分析

周 帥， 張?zhí)旌＃?劉 鑫， 肖新宇， 湯可怡

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司， 南京 211102)

截至2020年底，江蘇省的風(fēng)電裝機(jī)容量為1 547萬(wàn)kW，占新能源總裝機(jī)容量的48%，形成海陸并舉、以海為主的風(fēng)電發(fā)展模式。在“十四五”期間，江蘇省預(yù)計(jì)將有超過(guò)1 000萬(wàn)kW的風(fēng)電并網(wǎng)，風(fēng)電將成為新能源領(lǐng)域中的主要電源。

隨著江蘇省新能源發(fā)電滲透率的升高和區(qū)外來(lái)電量的不斷增長(zhǎng)，不斷擠占具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的常規(guī)電源空間，電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻能力下降；同時(shí)，當(dāng)新能源發(fā)電達(dá)日最大發(fā)電功率時(shí)，全網(wǎng)火電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行，無(wú)法提供向下一次調(diào)頻能力，造成電網(wǎng)頻率安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大[1-2]。針對(duì)上述問(wèn)題，江蘇省電力調(diào)度中心要求省內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)需要具備一次調(diào)頻功能，風(fēng)電場(chǎng)能夠進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備有功功率備用功能以滿足電網(wǎng)低頻增負(fù)荷能力。此外，為實(shí)時(shí)評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻能力，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)功能[3]。

目前，學(xué)者提出了多種風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻控制策略，主要包括虛擬慣量(風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能利用)和預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用(超速法、變槳法)兩種方式[4-7]，但大多主要集中于風(fēng)電機(jī)組側(cè)有功功率調(diào)節(jié)理論研究，缺乏實(shí)踐應(yīng)用。筆者從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)：首先，介紹了風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻控制原理與一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)機(jī)制；其次，對(duì)江蘇省某海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行一次調(diào)頻改造，詳細(xì)介紹風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻設(shè)備與其他設(shè)備間的通信方式；最后，對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)一次調(diào)頻功能試驗(yàn)，研究海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能狀況。

1 風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻技術(shù)原理

1.1 控制原理

風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻控制系統(tǒng)直接采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流信號(hào)計(jì)算電網(wǎng)頻率，當(dāng)頻率越過(guò)死區(qū)后，按照有功功率-頻率下垂特性函數(shù)計(jì)算一次調(diào)頻有功功率[8]，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：P為一次調(diào)頻有功功率，MW；f為一次調(diào)頻頻率，Hz；fL=fN-fd，fH=fN+fd，fd為一次調(diào)頻死區(qū)頻率，Hz，fN為電網(wǎng)額定頻率，Hz，取50 Hz；Pe為一次調(diào)頻控制對(duì)象額定功率，MW；δ為一次調(diào)頻響應(yīng)調(diào)差率，%；P0為一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率初始值，MW。

按照江蘇省電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)：一次調(diào)頻死區(qū)頻率為±0.1 Hz，一次頻率響應(yīng)限幅設(shè)置為6%Pe，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)調(diào)差率為5%。風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)有功功率-頻率下垂特性示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)有功功率-頻率下垂特性示意圖

1.2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

通常風(fēng)電場(chǎng)在具備一次調(diào)頻功能后，由技術(shù)人員在風(fēng)電場(chǎng)特定穩(wěn)態(tài)工況條件下進(jìn)行一次調(diào)頻性能試驗(yàn)。由于風(fēng)電具有隨機(jī)性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，工況條件難以預(yù)測(cè)，并且風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻能力也時(shí)刻受到環(huán)境變化的影響，因此，僅靠場(chǎng)站側(cè)模擬頻差進(jìn)行一次調(diào)頻測(cè)試很難準(zhǔn)確實(shí)時(shí)評(píng)估新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻性能。為了保障調(diào)度人員準(zhǔn)確可靠地評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能，加強(qiáng)調(diào)度人員對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻功能的監(jiān)督管理，提出一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信示意圖見(jiàn)圖2。通過(guò)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并計(jì)算，使電網(wǎng)調(diào)度人員能夠?qū)崟r(shí)、全面地掌握風(fēng)電場(chǎng)的一次調(diào)頻能力，有效提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平[9]。

圖2 一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信示意圖

風(fēng)電場(chǎng)投入一次調(diào)頻時(shí)，調(diào)度主站系統(tǒng)可實(shí)時(shí)下發(fā)一次調(diào)頻進(jìn)入測(cè)試指令，風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)入一次調(diào)頻在線測(cè)試狀態(tài)，一次調(diào)頻功能退出實(shí)際運(yùn)行，不再對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際頻率變化產(chǎn)生響應(yīng)，一次調(diào)頻控制系統(tǒng)中的頻差信號(hào)自動(dòng)切換到試驗(yàn)回路，由調(diào)度主站下發(fā)頻率指令，一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)邏輯見(jiàn)圖3。調(diào)度主站系統(tǒng)分別下發(fā)一次調(diào)頻負(fù)荷測(cè)試模擬頻率或一次調(diào)頻增/減負(fù)荷測(cè)試、一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試等指令，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能、特性參數(shù)設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)方測(cè)試。測(cè)試完成后再通過(guò)下發(fā)一次調(diào)頻退出測(cè)試指令結(jié)束一次調(diào)頻在線測(cè)試，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能的評(píng)估。

圖3 一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試邏輯圖

1.3 一次調(diào)頻要求

《江蘇新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)范》要求風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)過(guò)程應(yīng)滿足以下條件：

(1)響應(yīng)滯后時(shí)間thx(自頻率越過(guò)風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻死區(qū)開(kāi)始，至發(fā)電功率可靠地向頻率方向開(kāi)始變化所需的時(shí)間)不超過(guò) 3 s。

(2)響應(yīng)時(shí)間t0.9(自頻率越過(guò)風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻死區(qū)開(kāi)始，至一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率調(diào)節(jié)量達(dá)到調(diào)頻目標(biāo)功率與初始功率之差的90%所需時(shí)間)不超過(guò) 12 s。

(3)調(diào)節(jié)時(shí)間ts(自頻率越過(guò)風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻死區(qū)開(kāi)始，至一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率達(dá)到穩(wěn)定(功率波動(dòng)不超過(guò)一次調(diào)頻控制對(duì)象額定功率的±2%)的最短時(shí)間)不超過(guò) 15 s。

(4)調(diào)頻控制偏差應(yīng)控制在一次調(diào)頻控制對(duì)象額定功率的±2%以內(nèi)。

(5)一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)(0～30 s內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際動(dòng)作積分電量與理論動(dòng)作積分電量的比值)大于0.7。

對(duì)于調(diào)節(jié)目標(biāo)變化量不低于6%Pe的頻率階躍擾動(dòng)，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻頻率階躍擾動(dòng)過(guò)程調(diào)節(jié)示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻階躍擾動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖

模擬實(shí)際電網(wǎng)擾動(dòng)過(guò)程中，一次調(diào)頻響應(yīng)合格率為一次調(diào)頻響應(yīng)功率合格率和一次調(diào)頻響應(yīng)積分電量合格率的代數(shù)平均值，該值不小于70%。其中：一次調(diào)頻響應(yīng)功率合格率是在頻率變化超過(guò)一次調(diào)頻響應(yīng)死區(qū)開(kāi)始至一次調(diào)頻響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際最大功率調(diào)整量占理論最大功率調(diào)整量的比；一次調(diào)頻響應(yīng)積分電量合格率是在頻率變化超過(guò)一次頻率響應(yīng)死區(qū)下限(或上限)開(kāi)始至一次調(diào)頻響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)實(shí)際貢獻(xiàn)電量占理論貢獻(xiàn)電量的比。

防擾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)能躲過(guò)單一短路故障引起的瞬時(shí)頻率突變，不發(fā)生頻率響應(yīng)。

自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)協(xié)調(diào)試驗(yàn)過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻控制目標(biāo)應(yīng)為一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率初始值與一次調(diào)頻響應(yīng)調(diào)節(jié)量的代數(shù)和。風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻功率指令應(yīng)與AGC功率指令相協(xié)調(diào)，滿足正向疊加、反向閉鎖的要求。

2 改造方案

蘇省某海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為202.5 MW，安裝45臺(tái)單機(jī)容量為4.5 MW的雙饋型風(fēng)電機(jī)組。每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組均通過(guò)1臺(tái)0.69 kV/35 kV升壓變壓器接入風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)35 kV線路，由16條35 kV線路連接至風(fēng)電場(chǎng)，經(jīng)額定功率為240 MV·A的主變壓器升壓并入220 kV電網(wǎng)(35 kV/220 kV)。

根據(jù)站內(nèi)設(shè)備組網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，該風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻改造方案采用新增一次調(diào)頻裝置與現(xiàn)有AGC系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻有功功率控制，由風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)一次調(diào)頻功率指令與AGC功率指令，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻改造方案見(jiàn)圖5。

圖5 改造方案示意圖

一次調(diào)頻裝置(包含一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)、一次調(diào)頻錄波文件召喚等功能)直接高精度采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓互感器、電流互感器信號(hào)計(jì)算電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率。一次調(diào)頻裝置將實(shí)時(shí)采集計(jì)算的電網(wǎng)頻率和一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)測(cè)試頻率發(fā)送至風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)根據(jù)頻率死區(qū)和調(diào)差率等參數(shù)計(jì)算一次調(diào)頻指令并協(xié)調(diào)AGC功率指令，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)總負(fù)荷調(diào)節(jié)。

通過(guò)優(yōu)化風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)有功指令分配策略等方式，使其下屬所控風(fēng)電機(jī)組能夠根據(jù)負(fù)荷指令變化快速調(diào)節(jié)有功功率輸出，從而滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)能力。

一次調(diào)頻裝置對(duì)上與RTU、PMU通信，對(duì)下與風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)通信，場(chǎng)站相關(guān)數(shù)據(jù)由AGC裝置從風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)采集后上送至調(diào)度主站，相關(guān)信息流為：

(1)RTU通過(guò)IEC104規(guī)約將一次調(diào)頻有功功率備用請(qǐng)求投入/退出測(cè)試、一次調(diào)頻投入/退出測(cè)試、一次調(diào)頻增/減負(fù)荷測(cè)試、一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試、一次調(diào)頻負(fù)荷測(cè)試模擬頻率信號(hào)發(fā)送給一次調(diào)頻裝置。

(2)一次調(diào)頻裝置通過(guò)IEC104規(guī)約將一次調(diào)頻模擬頻率、一次調(diào)頻模擬負(fù)荷指令、一次調(diào)頻負(fù)荷測(cè)試模擬頻率返回值、一次調(diào)頻控制對(duì)象額定功率、一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率、一次調(diào)頻投入/退出指令、一次調(diào)頻投入允許指令、一次調(diào)頻增/減負(fù)荷測(cè)試中、一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試中、一次調(diào)頻動(dòng)作/復(fù)位指令、一次調(diào)頻有功備用請(qǐng)求投入/退出指令發(fā)送給RTU。

(3)AGC系統(tǒng)通過(guò)IEC104規(guī)約與RTU通信進(jìn)行AGC調(diào)節(jié)指令及反饋指令信息交互。

(4)風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)通過(guò)IEC104規(guī)約將風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行信息發(fā)送給AGC系統(tǒng)。

(5)AGC系統(tǒng)通過(guò)IEC104規(guī)約將負(fù)荷調(diào)節(jié)指令發(fā)送給風(fēng)機(jī)能管理系統(tǒng)。

(6)一次調(diào)頻裝置通過(guò)IEC104規(guī)約將負(fù)荷調(diào)節(jié)指令、一次調(diào)頻動(dòng)作信號(hào)發(fā)送給風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)。

(7)風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)通過(guò)Modbus通信協(xié)議將負(fù)荷指令發(fā)送給風(fēng)電機(jī)組。

(8)一次調(diào)頻裝置通過(guò)GB/T 26865.2—2011 《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 第2部分：數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議》將一次調(diào)頻模擬頻率、一次調(diào)頻模擬負(fù)荷指令、一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率、一次調(diào)頻控制對(duì)象發(fā)電機(jī)組有功功率4個(gè)動(dòng)態(tài)信息發(fā)送給PMU，由PMU上傳至調(diào)度主站。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

為真實(shí)可靠地了解風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻功能狀況，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一次調(diào)頻性能試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容主要包括一次調(diào)頻本地試驗(yàn)和一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組處于正常運(yùn)行狀態(tài)，主要參數(shù)無(wú)報(bào)警或異常，處于故障停機(jī)的風(fēng)電機(jī)組額定功率占風(fēng)電場(chǎng)總額定功率比例不超過(guò)10%。一次調(diào)頻本地試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 一次調(diào)頻本地試驗(yàn)示意圖

3.1 一次調(diào)頻本地試驗(yàn)

一次調(diào)頻本地試驗(yàn)包括頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)、模擬實(shí)際電網(wǎng)頻率擾動(dòng)試驗(yàn)、防擾動(dòng)試驗(yàn)、AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)。其中，頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)與模擬實(shí)際電網(wǎng)頻率擾動(dòng)試驗(yàn)在低負(fù)荷(0.2Pe≤P≤0.35Pe)和高負(fù)荷(0.5Pe≤P≤0.9Pe)2個(gè)負(fù)荷工況下開(kāi)展，防擾動(dòng)試驗(yàn)在低負(fù)荷工況下開(kāi)展，AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)在高負(fù)荷工況下開(kāi)展。

3.1.1 頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)

選取低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況頻率階躍上擾(+0.25 Hz)與頻率階躍下擾(-0.25 Hz)試驗(yàn)，以及高負(fù)荷不預(yù)留備用功率工況頻率階躍上擾(+0.25 Hz)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖7～圖9。

圖7 低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況頻率階躍上擾試驗(yàn)曲線

圖8 低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況頻率階躍下擾試驗(yàn)曲線

圖9 高負(fù)荷不預(yù)留備用功率工況頻率階躍上擾試驗(yàn)曲線

由圖7～圖9可知：該風(fēng)電場(chǎng)頻率階躍擾動(dòng)超過(guò)死區(qū)時(shí)，一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間在2 s內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間小于5 s，并在15 s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，計(jì)算30 s內(nèi)的一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)均高于0.7，滿足風(fēng)電場(chǎng)對(duì)階躍擾動(dòng)的相應(yīng)要求。

3.1.2 模擬實(shí)際電網(wǎng)功率擾動(dòng)試驗(yàn)

選取低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況模擬實(shí)際電網(wǎng)頻率上擾與高負(fù)荷預(yù)留備用功率工況模擬實(shí)際電網(wǎng)下擾試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖10、圖11、表1。

圖10 低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況頻率上擾試驗(yàn)曲線

圖11 高負(fù)荷預(yù)留備用功率工況頻率下擾試驗(yàn)曲線

表1 模擬實(shí)際電網(wǎng)頻率擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

由圖10、圖11及表1可知：該風(fēng)電場(chǎng)模擬實(shí)際電網(wǎng)擾動(dòng)過(guò)程中一次調(diào)頻響應(yīng)功率合格率與一次調(diào)頻響應(yīng)積分電量合格率均大于70%，滿足江蘇省電網(wǎng)調(diào)頻要求。

3.1.3 防擾動(dòng)試驗(yàn)

在低負(fù)荷預(yù)留備用功率工況下開(kāi)展風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻防擾動(dòng)試驗(yàn)，利用信號(hào)發(fā)生源模擬電網(wǎng)的高低電壓穿越等暫態(tài)過(guò)程，檢驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻是否避開(kāi)瞬時(shí)頻率突變。低電壓穿越時(shí)，電壓瞬間跌落到0%、20%、40%、60%、80%額定電壓，持續(xù)150 ms；高電壓穿越時(shí)，電壓瞬間階躍到115%、120%、125%、130%額定電壓，持續(xù)500 ms。防擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖12、圖13。

圖12 電壓下擾試驗(yàn)曲線

圖13 電壓上擾試驗(yàn)曲線

由圖12、圖13可以看出：在模擬電網(wǎng)電壓瞬間變化暫態(tài)過(guò)程中，并網(wǎng)點(diǎn)功率正常，未出現(xiàn)誤動(dòng)作，風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻功能良好。

3.1.4 AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)

在風(fēng)電場(chǎng)預(yù)留備用功率條件下，選取高負(fù)荷工況開(kāi)展AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)總功率應(yīng)為AGC功率指令與一次調(diào)頻功率指令的代數(shù)和(正向疊加、反向閉鎖)，即一次調(diào)頻優(yōu)先執(zhí)行且能夠閉鎖AGC方向調(diào)節(jié)指令。AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖14。

圖14 總有功功率響應(yīng)曲線圖

由圖14可以看出：一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程中可以閉鎖AGC反向調(diào)節(jié)指令；AGC動(dòng)作過(guò)程中一次調(diào)頻優(yōu)先執(zhí)行。風(fēng)機(jī)能量管理系統(tǒng)能夠正確協(xié)調(diào)一次調(diào)頻功率指令與AGC功率指令，滿足江蘇省電網(wǎng)一次調(diào)頻要求。

3.2 一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)包括一次調(diào)頻特性參數(shù)遠(yuǎn)方測(cè)試、一次調(diào)頻性能遠(yuǎn)方測(cè)試。

風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻特性參數(shù)遠(yuǎn)方測(cè)試指令由調(diào)度主站系統(tǒng)下發(fā)，一次調(diào)頻控制系統(tǒng)中的模擬頻率信號(hào)以0.005 Hz/s的速率從49.7 Hz變化到50.3 Hz，一次調(diào)頻模擬頻率和一次調(diào)頻功率指令信號(hào)通過(guò)RTU和PMU發(fā)送至調(diào)度主站系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算兩者的函數(shù)關(guān)系，得到一次調(diào)頻死區(qū)頻率、一次調(diào)頻限幅、一次調(diào)頻響應(yīng)調(diào)差率等參數(shù)。一次調(diào)頻特性參數(shù)試驗(yàn)曲線圖見(jiàn)圖15，試驗(yàn)結(jié)果顯示該風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置正確。

圖15 一次調(diào)頻特性參數(shù)遠(yuǎn)方試驗(yàn)曲線圖

風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能遠(yuǎn)方測(cè)試時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)AGC系統(tǒng)處于自由發(fā)電模式并在該條件下進(jìn)行一次調(diào)頻減負(fù)荷測(cè)試，之后調(diào)度遠(yuǎn)方投入有功功率備用并在該條件下進(jìn)行一次調(diào)頻增負(fù)荷測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖16、圖17，調(diào)度主站分別計(jì)算2次試驗(yàn)的30 s一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)為0.90、0.86，滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的一次調(diào)頻性能要求，風(fēng)電場(chǎng)參與一次調(diào)頻過(guò)程中機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖16 頻率上擾試驗(yàn)曲線圖

圖17 頻率下擾試驗(yàn)曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

以江蘇省某海上風(fēng)電場(chǎng)為對(duì)象進(jìn)行一次調(diào)頻改造并詳細(xì)介紹設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信情況，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)功能與一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)功能。之后，對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了一次調(diào)頻性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)一次調(diào)頻改造后能夠根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)頻率變化快速響應(yīng)并滿足江蘇省電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻性能的要求。

(2)風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)功能完備，可以通過(guò)調(diào)度主站進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻遠(yuǎn)方測(cè)試，能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻裕量。

(3)風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)有功功率備用功能預(yù)留部分功率滿足了電網(wǎng)低頻增負(fù)荷要求。

風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻改造的應(yīng)用使得風(fēng)電場(chǎng)能夠參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)，將有效減輕常規(guī)電源(火電、水電等)發(fā)電的調(diào)頻壓力，增強(qiáng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)水平，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。