風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群能量控制技術(shù)改進(jìn)及系統(tǒng)優(yōu)化

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組；能量管理系統(tǒng)；AGC功率控制；功率優(yōu)化分配

中圖分類號：TM614；TP273TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0146-04

“雙碳”背景下，國內(nèi)電力行業(yè)正向以各類型新能源為主導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)變，將風(fēng)電能源作為重點(diǎn)項(xiàng)目展開研究與應(yīng)用[1]。然而，風(fēng)電因其波動(dòng)性和間歇性特性對電網(wǎng)帶來重大挑戰(zhàn)，限制了新能源的高效利用。為應(yīng)對這一問題，針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性，加強(qiáng)機(jī)組群能量管理系統(tǒng)功率優(yōu)化控制尤為重要。當(dāng)前，風(fēng)電場功率控制主要接受調(diào)度主站控制，即由AGC主站下發(fā)調(diào)度指令，AGC子站進(jìn)行全場功率控制。實(shí)踐表明，這一控制方式因存在閉環(huán)控制精度低、機(jī)組功率分配不合理、缺乏優(yōu)化的啟停策略等劣勢，顯然無法滿足日益增大的裝機(jī)容量運(yùn)行需求，必須對AGC子站控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，以提供一種更高精度、更合理的機(jī)組功率控制策略，保證風(fēng)電場安全、高效生產(chǎn)。

1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群能量控制技術(shù)改進(jìn)及系統(tǒng)功率優(yōu)化

本研究提出的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群能量管理系統(tǒng)功率優(yōu)化控制方法是通過獲取機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)受控機(jī)組可發(fā)功率，再依據(jù)調(diào)度功率設(shè)定值計(jì)算需受控運(yùn)行機(jī)組數(shù)量，并根據(jù)受控運(yùn)行機(jī)組數(shù)量、機(jī)組歷史總發(fā)電時(shí)間進(jìn)行機(jī)組疲勞系數(shù)評估，最終確定機(jī)組實(shí)際運(yùn)行與停機(jī)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組間的功率優(yōu)化分配，均衡機(jī)組間疲勞載荷，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行功率的閉環(huán)控制[2]。

1.1計(jì)算機(jī)組可發(fā)功率

為準(zhǔn)確評估電場中每臺機(jī)組在不同風(fēng)速下能夠發(fā)揮的實(shí)際有功功率，必須對可發(fā)功率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以便更好地掌握機(jī)組的發(fā)電能力[3]。

在啟停機(jī)管理中，發(fā)電量、發(fā)電時(shí)間、機(jī)組健康度和機(jī)端電壓是幾個(gè)重要的參考因素，綜合考慮這些因素，可得出一種綜合指標(biāo)，并以此作為停機(jī)和啟機(jī)的優(yōu)先級比重[9]。

（1）發(fā)電量：發(fā)電量高的機(jī)組通常表示其貢獻(xiàn)較大，具有較高的發(fā)電效率。因此，在制定啟停機(jī)策略時(shí)，應(yīng)考慮各機(jī)組的發(fā)電量情況；

（2）發(fā)電時(shí)間：在制定啟停機(jī)策略時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，較長的運(yùn)行時(shí)間可能意味著機(jī)組需要進(jìn)行維護(hù)或檢修，因此需要較高的停機(jī)優(yōu)先級；

（3）機(jī)組健康度：健康度較低的機(jī)組可能需要更頻繁地進(jìn)行維修或檢修，以確保其正常運(yùn)行。在制定啟停機(jī)策略時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)組的健康度，較低健康度的機(jī)組較高的停機(jī)優(yōu)先級[10]；

（4）機(jī)端電壓：機(jī)端電壓不穩(wěn)定或超出范圍的機(jī)組可能需要較高的停機(jī)優(yōu)先級，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3功率偏差與PI調(diào)節(jié)

通過不斷地監(jiān)測、計(jì)算偏差值、調(diào)整輸出信號，從而使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)控制效果[11]?；赑I控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

測試狀態(tài)下，獲取風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)功率Ppcc=13.917MW，調(diào)度下發(fā)功率設(shè)定指令Pset=10MW，獲取10臺機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)均為受控運(yùn)行，0臺機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)為受控停機(jī)。

根據(jù)風(fēng)速和機(jī)組功率的采樣統(tǒng)計(jì)，計(jì)算10臺機(jī)組的功率曲線分別為PC（i）。然后依據(jù)10臺機(jī)組的實(shí)時(shí)風(fēng)速和功率曲線計(jì)算出10臺機(jī)組的可發(fā)功率[13]。計(jì)算受控機(jī)組的平均可發(fā)功率為1.5861MW。

計(jì)算所需受控運(yùn)行機(jī)組數(shù)N_cset=P_set/P_{avi_c_avg}，N_cset=10/1.586 1=6.304，向上取整，所以N_cset=7臺。當(dāng)前受控運(yùn)行10臺，需要受控運(yùn)行7臺，所以需要受控停機(jī)3臺，依據(jù)疲勞因子，機(jī)組4、5、6的疲勞因子為最大的前3臺，所以對機(jī)組4、5、6的啟停遙控指令為受控停機(jī)，即TC=0。機(jī)組1、2、3、7、8、9、10的啟停遙控指令為受控運(yùn)行TC=1。機(jī)組4、5、6受控停機(jī)后，風(fēng)場的實(shí)際功率為9.774 MW?？砂l(fā)功率為：11.144 MW。此時(shí)全場功率偏差P_err=P_set-P_pcc=10-9.774=0.226 MW。

由式（4）根據(jù)可發(fā)功率分配全場功率偏差到各機(jī)組，計(jì)算得出△P（1）=0.033 MW，依次計(jì)算△P（2）=0.036 MW，△P（3）=0.028 MW，△P（7）=0.032 MW，△P（8）=0.034 MW，△P（9）=0.032 MW，△P（10）=0.031 MW。

對機(jī)組1、2、3、7、8、9、10進(jìn)行偏差PI調(diào)節(jié)，對PI調(diào)節(jié)輸出值限幅，取最大值為2，最小值為0，然后把機(jī)組1、2、3、7、8、9、10的功率設(shè)定遙調(diào)指令P_dmd（k）下發(fā)到機(jī)組[14]。經(jīng)多個(gè)控制周期調(diào)節(jié)，機(jī)組1、2、3、7、8、9、10的實(shí)際P（1）=1.462MW、P（2）=1.559MW、P（3）=1.232MW、P（7）=1.425MW、P（8）=1.539MW、P（9）=1.438MW、P（10）=1.345MW。根據(jù)上述分析可得如下柱狀圖包含AGC有功功率設(shè)定值，機(jī)組群可發(fā)功率，機(jī)組群實(shí)發(fā)功率、運(yùn)行臺數(shù)、停機(jī)臺數(shù)。

本次測試對風(fēng)電場10臺機(jī)組進(jìn)行AGC控制，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)功率13.917MW，收到調(diào)度下發(fā)指令10MW，通過獲取風(fēng)電場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算功率曲線，計(jì)算受控機(jī)組可發(fā)功率，結(jié)合各機(jī)組疲勞因子得到所需受控機(jī)組數(shù)為7，然后計(jì)算各機(jī)組功率偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，經(jīng)過多個(gè)周期后，最終使風(fēng)電場實(shí)際有功P_cc與調(diào)度設(shè)定有功P_set保持一致[15-16]。綜合上述的測試結(jié)果以及分析可以得出結(jié)論，本文設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組AGC功率優(yōu)化控制方法具有良好的控制效果，可切實(shí)保障電網(wǎng)的平衡性。

3結(jié)語

本研究深入探討并成功開發(fā)了一種先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組AGC功率優(yōu)化控制方法，有效應(yīng)對了傳統(tǒng)AGC功率控制系統(tǒng)中存在的缺陷。本文設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組AGC功率優(yōu)化控制方法具有良好的控制效果，可切實(shí)保障電網(wǎng)的平衡性。通過引入精確的閉環(huán)控制機(jī)制和周詳?shù)膯⑼２呗?，?shí)現(xiàn)了對風(fēng)電機(jī)組功率的精準(zhǔn)調(diào)配，顯著提升了電力系統(tǒng)的管理效率，為實(shí)現(xiàn)供電穩(wěn)定性和新能源的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。