浅谈风电场AGC及功率控制技术

浅谈风电场AGC及功率控制技术

天电达坂城风电场张胜文

摘要:介绍了风电场AGC及功率控制技术技术，包括省调开展投入风电AGC系统的背景及意义，风电场侧功率控制系统作用及控制策略等方面内容，以期为风电场AGC及功率控制技术人员提供技术参考。

关键词:风电场；自动发电控制系统（AGC）；能量管理平台

1．概况

1.1 电网对风电AGC开展投入背景及意义

近年来随着风电场的装机比例大幅增多，由于风电出力不确定性造成电网调峰困难更为突出，尤其是风电出力大时联络线的调整变得异常突出，以前以人工电话通知的粗放型调整模式已无法满足目前电网运行调整的需求，为提高电网的安全稳定性以及对风电出力调整的合理性，目前调度通过自动发电控制系统（AGC）来实现风电出力的自动调节。

1.2 风电场功率控制系统概况

根据国家电网公司对风电场接入电网技术文件的技术要求，风电场的有功功率控制必须达到以下功能：

风电场具备有功调节能力，根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。

1.2.1 风电场功率控制系统作用

1)在风速允许的情况下，风电场控制功率在0到额定容量之间根据设定调节；

2)自动调节有功功率：系统能自动控制风电场的有功功率输出，使总有功功率保持在

限定目标值附近，控制误差平均在±10%以内；

3)风电场有功功率自动调节遵循“允许更多风机运行”的控制主策略，采用混合方式

进行功率控制，及风机限功率和停机并存的方式，所有风机采用轮停的方式停机，

可避免风机长时间的停机，对停机超过限定的时间的机组自动重启；

4)系统可与电网调度中心进行连接，接收远程调度的控制指令，根据指令手动或自动

开启功率自动控制功能，进行风电场有功功率智能调节；

5)可设置由于特殊原因不能进行调节操作的机组不停电，也可以根据现场需要优先调

控选定的风机；

6)可以计算风电场的当前的理论有功功率，统计限电条件下的损失功率，并将该值上

传给调度中心；

7)风速预警：系统可以设定某风速值作为预警风速，当风电场任意一台机组的瞬时风

速超过该值时，系统会以语言或屏幕提示信息的形式进行报警，提醒风电场值班人

员引起注意，风电场进入大风状态；

8)功率超限预警：当打开系统的功率超限预警功能后，对风电场设定某个限定负荷值，

风电场实时的有功负荷一旦超过限定值，系统即以语言或屏幕提示信息的形式进行

报警，提醒风电场值班人员引起注意；

9)风电场功率控制的结构图：

风电场功率控制系统结构示意图

1.2.2 风电场功率控制系统控制原理

有功功率调节：根据电网的调度指令，在保证风机的使用寿命，减少风机故障的前提下，采用变浆及启停机的方式对风电场的有功出力进行在线动态调整。

2、风电场能量管理平台总体技术方案

2.1 系统总体结构

能量管理平台

能量管理平台通过IEC104协议交互数据,进行风机的有功、无功的管理功能，系统通过前置服务器采集变电站数据，并由能量管理平台服务器进行与电网的数据交互。能量管理平台能够收到调度下发计划值，并能自动解析调度下发值并对风场负荷进行控制。

通过手工控制风电场的无功功率，使得风电场的无功功率输出保持在一定的范围之内，

通过系统自动智能控制无功功率，可以使得单条集电线路关口表处的无功功率控制在绝对值最小状态，即单条集电线路对电网基本是既不吸收无功功率，也不发出无功功率。

能量管理平台总体结构图如下图所示：

. . . . . .

风电场能量管理平台示意图

2.2 系统功能

风电场能量管理平台系统实现电力系统调度及风电场中控室对风电场运行控制，包括风电场急停控制、风电场有功出力上限控制。

能量管理平台具备有功的调节功能，根据调度中心的调度指令，限制整个风电场的有功出力，将整个风场的功率稳定在计划值附近。负荷控制速度范围在30s—120s内，最大负荷控制偏差±2000kW。具备在特定情况下对每分钟调节速率进行人为设定，以达到调度对负荷调节速度的要求。

能量管理平台控制风电机组具备无功调节功能时，无功调节应调节每台风机可发无功,调节速率10kVar/s以上.该平台应可设定每台风机无功给定模式，可设定无功自动模式。2.3系统主要功能

主要功能是接收电网下发的有功、无功功率调整指令（包括指令方式和功率计划曲线方式），根据最优策向风电场不同机群或单个风机进行控制。同时向电网或风电公司上传风电场及公用系统运行状态、参数等信息。

（1）接受并执行调度机构下发的有功/无功调整指令；

（2）风电场在限制有功的情况下，实时参与一次调频控制；

（3）根据调度要求，实现对风电场的无功自动控制；

（4）上传风电机组及公用系统运行状态、参数等信息；

（5）实现调度部门对风电场的紧急控制。事故情况下，调度部门有权暂时将风电场解列。当需要紧急减少功率输出或者增加功率输出的情况下，控制系统能够快

速响应，调节速度满足调度需求；

（6）将风电场视为一个整体，实现整个风电场内的无功优化分配和调节；

（7）系统可与电网调度中心进行连接，接收远程调度的控制指令，根据指令手动或自动开启负荷自动控制功能，进行风电场有功功率智能调节。

2.4协调控制功能

（1）通过通信的方式，获得风电场网络控制系统中所涉及的主变、主母线、联络线的相关信息；

（2）接收调度主站端传送来的控制命令、母线电压/无功目标值、有功目标值等；

（3）通过通信的方式，获得用于风电优化控制子站的各类数据，风电机组的实发有功、理论有功出力、实发无功、是否并网运行、是否处于运行状态、是否参与

优化控制、机组的定子电流和转子电流等相关信息，将信息下传给功率优化控

制器进行分析处理；

（4）实现有功、无功之间的协调控制，当两者的调节出现矛盾时，优先保证电网电压的稳定；

（5）上传风电场的各类监控数据，主要包括：风电机组的状态、风电场实际运行机组数量和型号、风电场并网点电压、风电场高压侧出线的有功功率、无功功率、

风电场的实时风速和风向等；

（6）下传单机的有功无功目标指令至风电机群监控系统，下传无功目标指令至无功补偿系统，下传无功补偿设备投切指令至相应的设备开关。

2.5功率优化控制功能

（1）接受调度系统的目标有功值，对风电场机组可调有功功率进行合理分配，将分配结果传送至调度系统，实现风电场有功功率的最优配置；

（2）接受变电站的电压值，根据设置上下限对风电场内可调的无功设备进行合理分配，实现风电场无功补偿系统与风电机组间无功的最优配置；

（3）目标值变化过大时采用渐进变化处理，确保风场最大功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值；

风电场有功功率控制

黑龙江公司研发基于WAMS系统风电调峰控制系统 加强风电场有功功率控制 发布时间：2010-04-20 点击次数： 黑龙江公司在6座风电场完成WAMS系统风电调峰控制系统改进和完善，并成功进行了远方控制风电场有功功率试验。据了解，黑龙江公司根据国家电网公司《风电场接入电网技术规定》，在4月19日召开的风电控制技术研讨会上提出了有关风电机组频率保护、电压保护、低电压穿越、风电场有功功率控制、电能质量监测、无功补偿装置的技术要求，而WAMS系统风电调峰控制系统即针对其中的风电场有功功率控制的实际应用。 《风电场接入电网技术规定》中要求风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出，为了实现对有功功率的控制，风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。 2008年黑龙江公司通讯调度中心研究开发了基于WAMS系统风电调峰控制系统，通过WAMS和EMS系统获取风电、水电、火电机组出力、联络线运行计划、线路潮流电压等电网运行信息，按照调峰量公平公正分配、风电电量损失最小、风电机组无损伤控制三个原则对风电场实施调峰控制。该系统通过在风电场PMU装置增设控制单元，实时接收省调风电调峰控制主站下发的调峰控制指令，从而智能判断风场的运行工况，并将最终的风机控制指令通过协议传递给风电场本地后台监控系统，利用监控系统完成风机控制动作。这种控制方式需要风机生产厂家开放后台监控系统控制协议，并对监控系统进行改进，目前华锐风电公司、金风科技公司配合黑龙江公司已经在6座风电场完成监控系统改进，并成功进行了远方控制风电场有功功率试验。 为充分发挥黑龙江电网风电调峰控制系统作用，解决人工调度的控制不精确、调整速率慢、工作量大等问题，各风电场、风机生产厂家与黑龙江公司密切配合，逐步完善后台监控系统控制协议开放和改进工作，实现风电场功率优化控制功能。（桑学勇）信息来源：黑龙江省电力公司 EMS - Environment Monitoring System环境监测系统

风电场发电概述

风电场发电流程概述 中电投盐湖东风电一场总容量为49.5MW，风电场安装33台单机容量为1500kW的风电机组，机组出口电压0.62kV，配套选用33台箱式变压器进行升压，风电机组与箱式变的接线方式采用一机一变的单元接线方式。箱式变采用容量为1600kVA的油浸式双绕组无励磁调压升压箱式变压器。风电场采用2回35kV架空线路输送电能。 风机主要构成：风力发电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架、变频器和基础等组成。 输变电设备构成：箱式变压器、集电(架空)线路、高压配电装置、主变构成。 流程：机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能，并通过变频器与箱式变压器相连，及并网发电。发电后电能通过集电线路、高压配电装置汇集到主变低压侧，经过主变升压后并入电网。

Freqcon变流器采用二极管整流+BOOST DC/DC变换+逆变的AC-DC-AC电力变换形式。整个电路可分为两个部分：整流和逆变。通过二极管整流将发电机发出的不稳定的交流电（1.5MW电机转速0～17.3rpm，电机电压0～720Vac,电压频率0～12.7Hz）变换成直流电；再通过逆变单元，把直流电逆变成与电网电压、频率、相位相匹配的交流电送入电网逆。下面分别简单介绍主电路各部分的功能： 1电机侧功率补偿电容 由于Freqcon变流器采用被动整流模块，对于发电机而言变流器系统可以近似为一个RCD非线性负载。电机侧补偿电容的功能是为了提高对非线性负载虚功的补偿，从而使发

电机端功率因数近似为1（即发电机电压与电流同相位），从而提高系统利用率。 2二极管整流 Freqcon采用两套三相全桥不可控整流方式，将发电机发出的电压和频率不稳定的交流电变换成直流电，与全桥并联的电容起到平波的作用。由于采用的是二极管整流，能量无法双向流动，因此Freqcon变流器不能实现电机的反向拖动。二极管整流后电压与发电机转速及功率有关。 3斩波升压 风电系统中，变流器发电机侧电路的主要功能是从发电机最大可能的拉取功率，注入直流母线。这里涉及的控制问题主要有两个：控制升压电流为给定直流量，以保证发电机运行的稳定性；设定Boost电流参考，保证风力发电机工作在最大功率点附近（或按照设定功率曲线运行）。 在我们的系统中，设定Boost电流参考，保证系统工作按照设定功率曲线运行的功能由主控GH策略完成。主控根据GH策略计算得到的发电机所需扭矩×发电机转速/二极管整流后电压，即得到Boost电流设定，并通过通讯电缆将设定指令传递给变流器。 控制升压电流为给定直流量，保证发电机运行的稳定性则由这里的斩波升压电路实现。Freqcon变流器采用了boost直流升压斩波电路，斩波升压输出侧直接与网侧逆变

双馈电机风电场无功功率分析及控制策略

双馈电机风电场无功功率分析及控制策略Reactive Power Analysis and Control of Doubly Fed Induction Generator Wind Farm 哈尔滨工业大学电气工程系徐殿国，郎永强，张学广，马洪飞，Hadianmrei S.R Email: xudiang@https://www.sodocs.net/doc/8e18982892.html, 摘要﹕提出一种双馈电机风力发电系统无功极限的计算方法，该方法以双馈电机风电系统的功率关系为基础，考虑了网侧变换器在其功率允许范围内的无功发生能力，系统动态无功极限为定子与网侧变换器的无功极限之和。对双馈电机风电场在强电网无功调节中的应用进行了探讨，提出双馈电机风电场对当地用户进行就近无功补偿的策略，并给出相应的无功分配策略，包括风电场各风机之间以及单台风电机组定子和网侧变换器之间的无功分配原则。双馈电机风电场在实现变速恒频优化运行的同时，充分发挥了风电机组和整个风电场的无功处理能力，使其参与所连电网的无功调节。 Abstract: A method is proposed to calculate the reactive power limit of DFIG (doubly fed induction generator) wind power generation system based on the power relationships of overall system. Considering the reactive power capacity of the grid side converter, total reactive power includes reactive power of both stator and the converter. Reactive power regulation application of DFIG wind farm in the grid has been studied. A reactive power compensation strategy for the local user using DFIG wind farm has been developed and the distribution algorithms of reactive power demand are given which includes that for distribution among DFIG wind power systems in the farm and that for distribution between stator and the grid side converter in one generation unit. With VSCF (variable speed and constant frequency) optimum operation of each generation unit, DFIG wind farm contributes to the reactive power regulation in the grid at its full reactive power capacity. 关键词﹕风力发电；双馈电机；变速恒频；无功功率极限；无功补偿 Keywords: wind power generation system; doubly fed induction generator; variable speed and constant frequency; reactive power limit; reactive power compensation 1引言 随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风力发电机与电网之间的相互影响越来越大。为了保证并网后电网和风电机组的运行效率、安全性和稳定性，风电机组与电网之间的控制问题显得尤为重要[1]。交流励磁双馈电机变速恒频风力发电技术是目前最有前景的风力发电技术之一，已成为国内、外该领域研究的热点。此方案最大的优点是减小了功率变换器的容量，降低了成本[2-4]，且可以实现有功、无功的独立灵活控制[5-8]。 通过控制电网中的无功功率可以对电网电压进行调整[9-10]。由双馈电机风电机组组成的风电场作为重要的无功源，应该在稳定电网电压和补偿无功方面发挥应有的作用。稳定电网电压的方法很多，通过控制中枢点的电压就是其中之一。但要求可控无功功率较大，一般适合大型双馈电机风电场连接弱电网的情况。当双馈电机风电场连接强电网时，由于其发出或吸收无功能力的限制，不能独立承担电网电压的调整。为了发挥其无功功率的调节能力，可以使其参与所连电网的无功调节，缓解电网的无功压力。利用双馈电机风电场发出或吸收无功功率可以对当地无功消耗用户起到就近补偿的作用。通过对双馈电机风电场无功发生能力的分析，选择所连电网中某一节点进行无功控制，可以对该点之后连接的所有用户消耗的无功进行动态补偿。 2双馈电机风电场的功率分析 2.1双馈电机风力发电系统的功率关系 在双馈电机变速恒频风力发电方案中，定子直接接入电网，转子通过交—直—交(AC-DC-AC)变换器与电网相连。交—直—交(AC-DC-AC)变换器由两个背靠背连接的电压型PWM变换器构成：靠近双馈电机转子一侧的称为转子侧变换器，靠近电网一侧的称为网侧变换器。网侧变换器一般运行在高功率因数整流模式，为转子侧变换器提供恒定的直流母线电压；转子侧变换器通过控制转子电流电压，实现双馈电机的变速恒频运行。双馈电机变速恒频风力发电系统功率关系如图1所示。 转子侧变换器 r r 图1 双馈电机变速恒频风力发电系统功率关系 Fig. 1 Power relationships of DFIG variable speed constant frequency wind power system 图中，P mec为风力机输入的机械功率；P s、Q s 为定子发出的有功功率和无功功率；P c、Q c

风电场有功自动控制系统研究

风电场有功自动控制系统研究 王栋 （中能电力科技开发有限公司） 摘要：随着风电在电力系统中装机量的增加，一个功率可控、在控的风电场是未来发展的方向。本文设计并研制了一套风电场有功自动控制系统（AGC）；验证了双馈风电机组的安全有功可调范围及调节速率；提出了AGC的控制策略；开发了相应软件，并进行了整场有功实验。 关键词：风电场；有功；AGC 1.概述 对于相对稳定电力系统来说，输出负荷变化频繁的风电场在并网后给电力系统所带来的冲击影响，会随着风电比例的不断增加而增加。为此，国家电网公司出台的《国家电网公司风场接入电网技术规定》明确规定[1]：风电场应具备有功功率控制系统，能够接受并自动执行电网调度的有功出力控制信号确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度的给定值。 风电场有功控制AGC（Automatic Generation Control）的目的是在风电场侧建立一个面对全风电场的有功功率自动控制系统。在电网没有要求时，每台风机按各自最大出力运行；在电网限负荷运行时，实时监测各风机状态，进行优化计算，分配每台风机出力，实现风电场自动、优化、稳定的运行，满足电网要求。 基于以上背景，研制了有功自动控制系统，目的是利用风电机组本身的可调节能力对风电场的输出有功进行控制，既能够提高风电场的可控性，也能够优化风电场的电能质量。 2.系统结构 风电场有功功率自动控制系统（AGC系统）采用分层模块化的结构，主要包含升压站数据采集模块、风电机组数据采集模块、风电机组控制模块和AGC决策模块。总体技术方案见下图。

图1 系统框图 升压站数据采集模块负责对风电场综合自动化采集数据或并网PCC点CT、PT数据的实时采集，经过处理后将升压站的状态信息传递到AGC决策模块。 风电机组数据采集模块负责对风机SCADA采集数据或直接与各风电机组的CCU（中央控制单元）实时进行通讯，采集其状态信息并上传到AGC决策模块。 AGC决策模块负责接收升压站数据采集模块、风电机组数据采集模块上传的升压站和风电机组的状态信息，生成风电机组有功调节方案并与风电机组控制模块进行通讯。 风电机组控制模块负责与AGC决策模块进行通讯，将AGC决策模块的风电机组有功调节命令传送至每一台需要进行有功调节的风电机组进行执行。 风电场的有功功率分配按各风机的运行状态进行优化计算。根据电网调度要求负荷曲线、自动采集并网点上网出力、综合考虑厂用电情况，设计闭环自适应反馈控制，使并网点出力保持在调度要求，并使尽可能多的风机参加运行，有利于冬季设备维护。 3.系统通讯 风电场并网PCC点电网状态信息的采集，利用风电场变电站高压侧母线上已有的计量表计及电网状态监测传感器来实现，采集的参数为：风电场出口有功功率、无功功率、并网点电压、频率。 风电机组的运行工况信息，通过和现场风机厂商的SCADA系统通讯获得。风机的控制指令由风电场有功功率自动控制系统产生，经过OPC接口和风机SCADA

风电场风电机组优化有功功率控制的研究

2017年度申报专业技术职务任职资格 评审答辩论文 题目：风电场风电机组优化有功功率控制的研究 作者姓名：李亮 单位：中核汇能有限公司 申报职称：高级工程师 专业：电气 二Ο一七年六月十二日

摘要 随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下： (1)对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风力发电机组控制策略、风电场的控制策略。 (2)提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力波动。 (3)优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。 关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC

Abstract With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power dispatch is different from conventional energy sources. And the wind farm is an organic combination for a large number of wind turbines, wind farms under active intelligent distribution layer hair is also included in the grid scheduling section. Based on this, the active allocation and scheduling for grid scheduling side active layer wind farm work, the main work is summarized as follows: (1)Wind turbines and wind farms to expand research, in-depth analysis of the operating characteristics of wind turbines, wind turbine control strategy, control strategies of wind farms. (2)This paper proposes a simple and effective wind power active power allocation algorithm, can reasonable use each unit capacity, according to the optimization of wind farms in active dispatching command, decrease The Times of turbine control system action smooth wind power output fluctuation unit. (3)After optimization of the fan control algorithm, through the practical field data collected will be presented method are compared with those of the existing method, the rationality of the proposed method was verified. Keywords:wind turbine, wind farm, active power control

两个细则中关于风电场的要求

第八条单机容量 200MW 及以上的发电厂必须配备同步向量测量单元（PMU）；电压等级在 110kV 及以上，且接入总装机容量超过 40MW 的风电场，其升压站必须配备 PMU 装置。应配备而未配备 PMU 装置者，应限期整改，逾期未完成整改者，按 9 分/月考核。 第三十条风电场应具备有功功率调节能力，需配置有功功率控制系统，接收并自动执行电力调度机构远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值不超过电力调度机构的给定值。不具此项功能者，按18 分/每月考核。同时风电场应按照电力调度机构要求控制有功功率变化值，要求月均 10min 最大功率变化不超过装机容量的 33％，月均 1min 最大功率变化不超过装机容量的 10％，否则按照超出额度每个百分点 9 分/月考核，功率变化仅考核风电功率上升阶段的变化，因风速变化导致的风电功率下降速率过快不予考核。 第三十一条风电场公共并网点需配置适当容量的无功补偿装置，用于调节风电场、公共并网点及送出线路的电压，

故不按照设计要求安装无功补偿装置者，按 18 分/每月考核。无功补偿装置必须按照电力调度机构调度指令进行操作，不得擅自投退，否则按 9 分/次考核；装置月整体可用率应达到 90%，达不到要求按可用率缺额每个百分点每 月考核 6 分。 无功补偿装置可用率按如下公式计算： 无功补偿装置可用率=(装置可用小时数/升压站带电小时数) × 100% 第三十二条风电场应具备无功功率调节能力，根据电力调 度机构指令，通过其无功电压控制系统自动调节整个风电场发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制。若不具备该项功能者，按 18 分/每月考核。 第三十三条总装机容量达 4 万千瓦以上的风电企业，应 按照国家相关规定，具备风电功率预测功能，不具备此功能者，需限期整改，逾期未完成整改者按 15 分/每月考核。风电场应按时向电力调度机构报送日前及超短期（4 小时）风电功率预测曲线，电力调度机构按照风功率预测误差对风电场进行考核。日前风功率预测月均方根误差应小于 20%，若未达标，每增加一个百分点按全场装机容量× 6 分/10 万千瓦考核；若达标，每降低一个百分点按全场装机容量 × 2 分/10 万千瓦奖励。超短期风功率预测月均方根误差

风电功率预测系统功能规范

风电功率预测系统功能规范（试行） 前言 为了规范风电调度技术支持系统的研发、建设及应用，特制订风电功率预测系统功能规范。本规范制订时参考了调度自动化系统相关国家标准、行业标准和国家电网公司企业标准。制订过程中多次召集国家电网公司科研和生产单位的专家共同讨论，广泛征求意见。本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、信息要求、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。本规范由国家电网公司国家电力调度通信中心提出并负责解释；本规范主要起草单位：中国电力科学研究院、吉林省电力有限公司。本规范主要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、石永刚、范国英、郭雷。 1范围 1.1本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、数据准备、数据采集与处理、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。 1.2本规范用于指导电网调度机构和风电场的风电功率预测系统的研发、建设和应用管理。本规定的适用于国家电网公司经营区域内的各级电网调度机构和风电场。 2术语和定义 2.1风电场Wind Farm由一批风电机组或风电机组群组成的发电站。 2.2数值天气预报Numerical Weather Prediction根据大气实际情况，

在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。 2.3风电功率预测Wind Power Forecasting以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。 2.4短期风电功率预测Short term Wind Power Forecasting未来3天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 2.5超短期风电功率预测ultra-short term Wind Power Forecasting 0h~4h的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 3数据准备 风电功率预测系统建模使用的数据应包括风电场历史功率数据、历史测风塔数据、历史数值天气预报、风电机组信息、风电机组及风电场运行状态、地形地貌等数据。 3.1风电场历史功率数据风电场的历史功率数据应不少于1a，时间分辨率应不小于5min。 3.2历史测风塔数据a）测风塔位置应在风电场5km范围内；b）应至少包括10m、70m及以上高程的风速和风向以及气温、气压等信息；c）数据的时间分辨率应不小于10min。 3.3历史数值天气预报历史数值天气预报数据应与历史功率数据相

风电场功率控制系统调度功能技术规范-编制说明

《新能源电站功率控制系统技术规定》 编制说明

目次 1 编制背景 (1) 2 编制原则 (1) 3 与其他标准的关系 (1) 4 主要工作过程 (2) 5 标准结构和内容 (2) 6 标准有关条款的说明 (2)

1 编制背景 在我国，大型新能源电站（风电场及光伏电站）的开发及并网运行多具有以下特点：风能及光照的变化有随机性；大多新能源电站距电力主系统和负荷中心较远，所以一般新能源电站与薄弱的地方电力系统相联；新能源电站运行时向电网送有功功率的同时还要吸收无功功率；原有的地方电力系统的线路按常规设计建设，缺乏电压控制设备和措施等；大规模风电及光伏接入将对电网电压水平、频率水平、电能质量、稳定性、调度运行等带来很大影响。 为了应对大规模风电及光伏的接入，确保接入后的电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性，除了加强相应的电网建设、增加电网的调控手段，并不断改善整个电力系统的电源结构外，还需要对新能源电站参与电网有功及频率控制、电压及无功控制的技术要求做出相应的规定，以期不断提高新能源发电单元（风力发电机组和光伏逆变器）和新能源电站的运行特性，降低大规模风电及光伏接入对电网带来的不利影响。 目前国内已有国家电网公司和南方电网公司相关企标，尚无相关国家标准对其进行规范；随着新能源电站参与电网有功频率调节、电压无功调节的逐步深入，急需编制国家标准对其统一要求。 2 编制原则 标准编制的原则是遵守《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国电力法》、《电网调度管理条例（1993）》（国务院第115号令）等现有相关法律、条例、标准和导则，兼顾电网运行和风电发展的要求。 从系统运行的技术层面考虑，对接入电网的新能源发电单元/新能源电站而言，必须满足电网的技术要求，以确保它们并网运行后不会对输电系统产生不利影响。这些技术要求都是在广泛调研和认真总结我国各网省公司已有新能源电站功率自动控制系统建设情况、技术方案和实施现状的基础上提出，大致包括有功功率控制、频率控制、有功紧急控制、无功电压控制、关键信息交换等方面，在技术路线和功能体系设计上充分考虑了先进性。规范中提出技术要求条款的目的是使新能源电站提供维持系统稳定运行的能力。在某些方面，规范中的技术要求是为了确保新能源电站具备一定的技术能力。 本标准的出发点和基本原则是保障电网及新能源电站的安全、稳定和优质运行，同时尽量使条文具有一定的可操作性，便于理解、引用和实施。 3 与其他标准的关系 本标准的编写主要依据国家、行业有关标准规定编写，重点参考了以下标准文件： GB/T 13729 远动终端设备 GB/T 19582.1 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 GB/T 19963 风电场接入电力系统技术规定

浅谈风电场AGC及功率控制技术

浅谈风电场AGC及功率控制技术 天电达坂城风电场张胜文 摘要:介绍了风电场AGC及功率控制技术技术，包括省调开展投入风电AGC系统的背景及意义，风电场侧功率控制系统作用及控制策略等方面内容，以期为风电场AGC及功率控制技术人员提供技术参考。 关键词:风电场；自动发电控制系统（AGC）；能量管理平台 1．概况 1.1 电网对风电AGC开展投入背景及意义 近年来随着风电场的装机比例大幅增多，由于风电出力不确定性造成电网调峰困难更为突出，尤其是风电出力大时联络线的调整变得异常突出，以前以人工电话通知的粗放型调整模式已无法满足目前电网运行调整的需求，为提高电网的安全稳定性以及对风电出力调整的合理性，目前调度通过自动发电控制系统（AGC）来实现风电出力的自动调节。 1.2 风电场功率控制系统概况 根据国家电网公司对风电场接入电网技术文件的技术要求，风电场的有功功率控制必须达到以下功能： 风电场具备有功调节能力，根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。 1.2.1 风电场功率控制系统作用 1)在风速允许的情况下，风电场控制功率在0到额定容量之间根据设定调节； 2)自动调节有功功率：系统能自动控制风电场的有功功率输出，使总有功功率保持在 限定目标值附近，控制误差平均在±10%以内； 3)风电场有功功率自动调节遵循“允许更多风机运行”的控制主策略，采用混合方式 进行功率控制，及风机限功率和停机并存的方式，所有风机采用轮停的方式停机， 可避免风机长时间的停机，对停机超过限定的时间的机组自动重启； 4)系统可与电网调度中心进行连接，接收远程调度的控制指令，根据指令手动或自动 开启功率自动控制功能，进行风电场有功功率智能调节； 5)可设置由于特殊原因不能进行调节操作的机组不停电，也可以根据现场需要优先调 控选定的风机； 6)可以计算风电场的当前的理论有功功率，统计限电条件下的损失功率，并将该值上 传给调度中心； 7)风速预警：系统可以设定某风速值作为预警风速，当风电场任意一台机组的瞬时风 速超过该值时，系统会以语言或屏幕提示信息的形式进行报警，提醒风电场值班人 员引起注意，风电场进入大风状态； 8)功率超限预警：当打开系统的功率超限预警功能后，对风电场设定某个限定负荷值， 风电场实时的有功负荷一旦超过限定值，系统即以语言或屏幕提示信息的形式进行

风电场风电机组优化有功功率控制的研究

风电场风电机组优化有功功率控制的研究

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2017年度申报专业技术职务任职资格 评审答辩论文 题目：风电场风电机组优化有功功率控制的研究 作者姓名：李亮 单位：中核汇能有限公司 申报职称：高级工程师 专业：电气 二Ο一七年六月十二日

摘要 随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下： (1)对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风 力发电机组控制策略、风电场的控制策略。 (2)提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用 各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系 统动作次数，平滑风电机组出力波动。 (3)优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有 方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。 关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC

Abstract With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power dispatch is different from conventional energy sources. And the wind farm is an organic combination for a large number of wind turbines, wind farms under active intelligent distribution layer hair is also included in the grid scheduling section. Based on this, the active allocation and scheduling for grid scheduling side active layer wind farm work, the main work is summarized as follows: (1)Wind turbines and wind farms to expand research, in-depth analysis of the operating characteristics of wind turbines, wind turbine control strategy, control strategies of wind farms. (2)This paper proposes a simple and effective wind power active power allocation algorithm, can reasonable use each unit capacity, according to the optimization of wind farms in active dispatching command, decrease The Times of turbine control system action smooth wind power output fluctuation unit. (3)After optimization of the fan control algorithm, through the practical field data collected will be presented method are compared with those of the existing method, the rationality of the proposed method was verified. Keywords:wind turbine, wind farm, active power control

风电场有功功率控制综述

风电场有功功率控制综述 发表时间：2019-03-29T16:00:29.617Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：龙玮[导读] 摘要：经济的发展，促进人们对能源需求的增大。 （上海上电电力工程有限公司上海 200090）摘要：经济的发展，促进人们对能源需求的增大。风能作为一种清洁的可再生能源具有取之不尽、用之不竭、环境污染小、投资灵活等诸多优点。风电场的有功功率控制是风电场可控运行的一项关键技术，控制策略的优劣直接影响到风场输出功率的稳定性、快速性、跟随性等各项性能指标，所以发展风电场的有功功率控制技术能够保证更有效地利用风能，也对电力系统的安全、稳定运行起着重要作用。 本文就风电场有功功率控制展开探讨。 关键词：风电场；风电机组；有功功率控制引言 由于风电具有随机性、波动性和反调峰特性，高比例的风电并入电网会对电力系统的稳定性和安全性造成很大的冲击，因此有必要对风电场有功功率输出进行控制，减少风电功率的波动性，提高输出功率的平滑性。 1．风电场有功功率控制原理风电场有功功率控制系统一般主要由风电场功率控制层、机组群控制层、机组控制层组成图，各层功能及控制周期见表1。 表1风电场分层控制 风电场有功控制系统的目的是为了使风电场能够根据调度指令调整其有功功率的输出，在一定程度上表现出与常规电源相似的特性，从而参与系统的有功控制。然而，风电场有功控制能力不等同于风力发电机组控制能力的简单叠加。为此，利用风力发电机群的统计特性，可以采用两种方式实现此目的：一是将风电场有功控制系统分为风电场控制层、各类机群控制层和机组控制层，依次下达调度指令，完成风电场有功功率控制的任务；二是电网调度中心将指令直接下达给风电机组，各机组调节有功出力，实现有功功率的控制。 2．风电场有功功率的控制 2.1最大出力模式 最大出力模式是指当风电场的预测功率小于电网对风电场的调度功率时，风电场处于最大出力状态向电网注入有功功率。最大出力控制模式就是在保证电网安全稳定的前提下，根据电网风电接纳能力计算各风场最大出力上限值，风电场输出功率变化率在满足电网要求的情况下处于自由发电状态。若超出本风电场的上限值时，可根据其他风场空闲程度占用其他风电场的系统资源，以达到出力最大化和风电场之间风资源优化利用的目的。在最大出力模式投入运行时，风电场内的各台达到切入风速但在额定风速以下的风机处于最大功率跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）状态；风电场内处于额定风速以上的各台风电机组运行在满功率发电状态，从而保证风电场的输出功率达到最大值，尽可能提高风能资源的利用效率。 2.2 基于目标函数优化的功率控制 基于目标函数优化的有功功率控制策略，通常先确定目标函数以及约束条件，在此基础上建立多目标优化的风电场模型。在基于目标函数优化的场站级有功功率控制策略中，基于小扰动分析方法分析了限功率运行下风电机组非线性模型的稳定特性，并综合了3个目标，分别是限功率运行状态均衡度、风电场功率目标偏差、总机组启停次数最少，建立了多目标优化模型。以减少风电机组控制系统的动作次数和平滑风电机组的功率输出为目标，通过超短期风功率预测数据确定风电机组出力趋势，来确定风电机组的出力加权系数，从而来优化风电场内有功调度指令，并与传统的固定比例分配算法以及变比例分配算法作比较，说明其控制策略的有效性。 2.3 功率增率控制模式 功率增率控制模式是对风电场输出有功功率的变化率进行限制，使风电场输出的有功功率能够保持一定的稳定性，并且能满足国家电网公司颁布的关于有功功率变化率的相关规定。在功率增率控制模式投入运行时，风电场的输出功率在每个控制周期的变化必须在给定的斜率范围之内，且风电场的整体输出功率应该在满足斜率的前提下尽量跟随风电场的预测功率。风电场的功率增率控制模式可以避免风电场的输出功率变化过于频繁、变化率过大，从而保证功率输出的稳定性。该模式通常与风电场的其他控制模式组合使用，在保证输出功率斜率满足条件下，对风电场的其他方面进行控制。 2.4 分层控制策略 分层控制策略一般将风电场内的控制系统分为若干层，从场站级控制层面到单机控制层面，逐层优化调度指令，从而实现风电场有功功率控制的准确度。在基于风电场场站级的分层控制策略中，综合运用分层递阶控制和模型预测控制方法，提出了一种含大规模风电场的电网有功调度控制方法。以风电场场站级有功控制为研究对象，将控制策略分为群间和群内优化调度2个层面，并提出一种基于遗传算法改进的模糊C均值聚类算法，用于风电场内的机组分群，根据风电机组分群结果和分群调度思想，来实现风电场输出功率可控的目标，但本策略是在假设风电场预测功率准确的情况下进行控制的，并未深入研究风电场预测功率的准确性对调度的影响。风电场内有功调度分为3个层次，分别是场站优化分配层、分群控制层、单机管理层，在分群控制层面，根据风电机组未来有功功率变化趋势以及负荷状态进行机组分类，值得借鉴的是，该系统加入了反馈校正环节，根据风电场实时有功功率的数据反馈，对功率组合预测模型系统进行误差反馈校正，整体提高了有功功率预测的精度。随着装机容量的不断增加，造成风电场存在大量的弃风现象，由此风电场的控制模式发生变化，从传统的MPPT模式向限功率控制模式转变，这对风电场以及风电机组的控制策略提出了更高的设计要求。考虑变速恒频风电机组在不同风速下的功率调节和机械特性，从电气性能，机械性能，运行维护状态3个准则层出发，提出风电场功率调节综合评价指标体系，在此评价体系中，各指标的权重使用熵值法修正的层次分析法来确定，并通过模糊综合评价对机组调节性能进行评分，进而确定调控序列，建立风电场降功率优化分配模型。

风电场有功功率控制系统的研究

风电场有功功率控制系统的研究 作者：孔朝志 摘要：在分析风力发电机组有功功率控制的基础上，提出风电场的有功功率控制策略。利用MATLAB/Simulink环境，建立风电场功率控制系统的仿真模型。以电网调度给定功率波动为例，对风电场的有功功率调节过程进行仿真研究。通过理论研究和仿真分析，验证了风电场有功功率控制策略的可行性和有效性。 关键词：风力发电，风电场，有功功率控制，功率分配 0. 引言 风电是一种具有间歇性、波动性的电源，大规模风电场的建设给电网调度和运行都带来了挑战。国家电网公司制定的Q/GDW 392-2009《风电场接入电网技术规定》中指出，风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。因此，为了实现对有功功率的控制，风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令控制其输出的有功功率，并保证风电场有功功率控制系统的快速性和可靠性。必要时，可通过安全自动装置快速自动切除或降低风电场有功功率。 1. 风电场有功功率控制的原理 由于风能的间歇性和随机性，精确预测风电功率难度非常大。从电网运行角度进行风电有功功率控制，难以像火电、水电等常规电源一样做到随时按照电网调度的要求在指定出力下运行，而且为了有效利用风能资源，必须尽可能保证风电出力的最大化。因此，风电有功功率控制有以下2种方式： 1) 最大出力控制模式。即在保证电网安全稳定的前提下，根据电网风电接纳能力计算各风电场最大出力上限值，风电场出力低于上限值时处于自由发电状态(爬坡速率必须满足要求)，超出本风电场最大出力上限值时，可根据其他风电场空闲程度占用其他风电场的系统资源，以达到风电出力最大化与风电场之间风能资源优化利用的目标。 2) 出力跟踪控制模式。即以各风电场风电功率预测为依据，经控制中心站安全校核后下发各风电场发电计划，各风电场必须实时跟踪发电计划进行有功功率的调整。 实现有功功率控制，需要解决以下两大技术难题： 1) 系统的架构设计。即如何根据现有的信道条件、可用设备资源和允许投资总额情况，设计整个系统的架构，保证系统的可靠性和可行性，同时还要考虑系统在今后一段时间内的可扩展性。 2) 系统的控制策略设计。控制策略设计是系统设计的核心，调度运行人员对风电场调度运行的控制经验和控制方法均体现在控制策略设计中。通过有功控制系统对控制策略的自动实施，代替调度运行人员对风电场的实时控制，减少调度运行人员与风电场之间频繁的业务联系和复杂的计算，让其专注于对全网的监控。合理的控制策略设计同时也能最大限度地利用风能资源和电网输电通道资源，提高风电接纳能力和各风电场发电量，加强对风电场的管理和控制。 2. 风电场有功功率控制系统的设计 2.1 风电场功率控制系统

尾流效应对风电场输出功率的影响

尾流效应对风电场输出功率的影响 3 I m p act of W ind T u rb ine W ake on W ind Pow er O u tp u t 国家电力公司电力科学研究院 陈树勇　戴慧珠　白晓民　周孝信　(北京100085) 　3国家“九五”科学技术攻关项目 【摘要】　研究了风电机组尾流效应对风电场输出功 率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。【关键词】　风电　尾流效应　功率特性 Abstract A novel model fo r si m ulating the relati on 2sh i p betw een w ind speed and w ind pow er p lant output has been developed ,in w h ich the w ind turbine w ake effects is integrated .Som e useful concep ts ,such as w ind pow er efficiency m atrix ,w ind turbine generato r pow er m atrix and equivalent pow er characteristics ,are defined ,and m ethods fo r calculati on are given .T h is paper p rovides an i m po rtant foundati on fo r studying technical and econom ical p roblem s concerned w ith gridconnected w ind farm s in pow er system opera 2ti on and p lanning . Key words w ind pow er w ake effects pow er out 2put 0　前言 在研究并网风电场运行和规划方面的有关问题(如:潮流计算、稳定计算、短路计算和随机生产模拟等)时,需要确定风力发电机组(以下简称风电机组)和风力发电场(以下简称风电场)的输出功率。目前采用的数学模型基本上是,假设风电场内所有风电机组的风速相同,根据风电机组的功率特性曲线确定某一风速下风电机组和风电场的输出功率[1～4],而没有考虑风电场内风速的变化。 风电机组吸收了风中的部分能量,所以风经过风电机组后,其速度要有所下降。在风电场中,前面的风电机组要遮挡后面的风电机组,因此,座落在下风向的风电机组的风速就低于座落在上风向的风电机组的风速,风电机组相距越近,前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大,这种现象称为尾流效应。尾流效应造成的能量损失可能对风电场的经济性有着重要的影响。美国加州风电场的运行经验表明,尾流造成损失的典型值是10%;根据地形地貌、机组间的距离和风的湍流强度不同,尾流损失最小是2%,最大可达30%[5]。为了充分利用当地的风能资源和发挥规模效益,大型风电场通常有几十台到数百台风电机组,受场地和其它条件的限制,这些机组不可能相距太远。因此,在确定风电机组和风电场的输出功率时,必须考虑尾流效应对每台风电机组风速的影响,只有这样才能保证计算的准确性,从而使得研究结果具有实际意义和实用价值。 本文考虑了风电机组的尾流效应,提出了风电场效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率特性的模型,在很大程度上提高了风电场输出功率的计算精度,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。 1　尾流效应的模型　 尾流效应如图1所示,图中:X 是沿着风速方向离开风电机组的距离,风电机组安装在X =0处,R 是风电机组转子的半径 ,R W 是X 点的尾流半径,V 0 和V X 分别是吹向和离开风电机组的风速。 图1　尾流效应示意 平坦地形的尾流模型[6]是:V X =V 0[1-(1-1-C T )( R R +K X )2] (1) 式中,C T 是风电机组的推力系数;K 是尾流下降系数,它与风的湍流强度(湍流强度是一定时间内风速的均方差与均值之比)成正比 K =k W (ΡG +Ρ0) U (2)式中,ΡG 和Ρ0分别是风电机组产生的湍流和自然湍 — 82—