一種1.5MW風(fēng)電場(chǎng)有功控制裝置調(diào)節(jié)能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

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一種1.5MW風(fēng)電場(chǎng)有功控制裝置調(diào)節(jié)能力分析與研究*

文 | 趙廣宇

*聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)電技術(shù)中心項(xiàng)目：《大型風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用及推廣》《分布式風(fēng)電技術(shù)研究》

隨著大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)，電網(wǎng)對(duì)在網(wǎng)運(yùn)行的各類(lèi)風(fēng)電機(jī)組提出了并網(wǎng)安全的要求限制。在2012年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布的《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)指令控制其有功功率輸出。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率的控制，風(fēng)電場(chǎng)需配置有功功率控制系統(tǒng)（裝置），接收并自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度部門(mén)遠(yuǎn)方發(fā)送的有功功率控制信號(hào)，確保風(fēng)電場(chǎng)最大有功功率值及有功功率變化值不超過(guò)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)的給定值。在山西區(qū)國(guó)電電網(wǎng)自動(dòng)化處的運(yùn)行細(xì)則中明確規(guī)定不具備有功功率調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)，每月按全場(chǎng)當(dāng)月上網(wǎng)電量的1%進(jìn)行考核。

上述有功控制裝置在2014年底完成調(diào)試，以下正文對(duì)在山西龍?jiān)茨超F(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行細(xì)則研究了測(cè)試數(shù)據(jù)，最終得出結(jié)論。

平臺(tái)依托

風(fēng)電場(chǎng)能量并網(wǎng)智能管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)能量管理平臺(tái)）以Vestore-SCADA組態(tài)軟件為依托，是以風(fēng)電場(chǎng)有功調(diào)節(jié)和無(wú)功調(diào)節(jié)為基本功能，并涉及風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)多種設(shè)備協(xié)調(diào)控制，多項(xiàng)功能自主配置的風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用綜合類(lèi)產(chǎn)品（見(jiàn)圖1）。

系統(tǒng)介紹

能量管理平臺(tái)系統(tǒng)分以下幾個(gè)模塊（見(jiàn)圖2）：

（一）數(shù)據(jù)測(cè)量（采集）模塊

測(cè)量采集模塊是利用風(fēng)電場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)完成底層被控風(fēng)電機(jī)組機(jī)群數(shù)據(jù)、PCC點(diǎn)(風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)有功關(guān)口點(diǎn))或形成閉環(huán)控制主變系統(tǒng)高壓側(cè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)期望發(fā)電總有功目標(biāo)指令（Pref）等等。

（二）控制器運(yùn)算單元

按照自主研發(fā)的前饋雙PI控制器對(duì)控制目標(biāo)有功功率與有功目標(biāo)指令（Pref）進(jìn)行運(yùn)算計(jì)算出單一周期的有功功率誤差調(diào)節(jié)量 。

（三）功率分配環(huán)節(jié)

根據(jù)全場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)分兩大類(lèi)：可控風(fēng)電機(jī)組和不可控風(fēng)電機(jī)組。按照分配環(huán)節(jié)策略將有功功率誤差調(diào)節(jié)量分配給可控風(fēng)電機(jī)組。

（四）誤差比較再補(bǔ)充模塊

可控風(fēng)電機(jī)組得到分配器下發(fā)的控制指令后，在可控風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)輸出有功功率后，誤差補(bǔ)充模塊會(huì)根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)計(jì)算下一運(yùn)算周期的誤差。

測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)源于能量管理平臺(tái)Vestore企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)存儲(chǔ)形成的過(guò)程歷史數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的真實(shí)性、有效性、準(zhǔn)確性取決于Vestore企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)存儲(chǔ)特性和能力。

測(cè)試風(fēng)電場(chǎng)介紹：山西龍?jiān)茨筹L(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)型號(hào)為UP82-1.5MW機(jī)型共133臺(tái)，裝機(jī)容量為200000kW。

數(shù)據(jù)分析

全場(chǎng)有功穩(wěn)定在170000kW左右，風(fēng)電場(chǎng)記錄的實(shí)時(shí)總有功功率是2014年11月30日8時(shí)51分43秒至2014年11月30日9時(shí)41分6秒時(shí)間段的數(shù)據(jù)（表1所示，以下分析時(shí)刻均精確到秒）。

此次測(cè)試為本地負(fù)荷給定閉環(huán)測(cè)試，由能量平臺(tái)自身通過(guò)本地控制進(jìn)行有功功率階梯步長(zhǎng)進(jìn)行降負(fù)荷和升負(fù)荷測(cè)試，如圖3所示整體的控制曲線。

一、降功率調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時(shí)間

本地降功率調(diào)節(jié)分析其中的兩次：

（一）第一次降功率

某新指令15000kW是在：2014年11月30日9時(shí)5分 17秒下發(fā)的，由表2所示。

（二）第二次降功率

某新指令90000kW是在：2014年11月30日9時(shí)18 分5秒下發(fā)的，由表4所示。

二、升功率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時(shí)間

本地升功率調(diào)節(jié)指令共下發(fā)兩次：

（一）第一次升功率

某新指令6000kW是在：2014年11月30日9時(shí)28分6秒下發(fā)的，如表6所示。

表1 S1_T101本地有功功率設(shè)定測(cè)點(diǎn)歷史記錄數(shù)據(jù)（圖3中所示紅色曲線）

表3 調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間

表4 有功功率負(fù)荷從100000kW降至90000kW過(guò)程記錄表

表5 調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間

（二）第二次升功率

某新指令10000kW是在：2014年11月30日9時(shí)29 分33秒下發(fā)的，如表8所示。

小結(jié)與數(shù)據(jù)分析

全場(chǎng)有功功率曲線基本滿足全場(chǎng)控制精度指標(biāo)不大于5%Pe范圍內(nèi)，跟隨本地有功設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。測(cè)試風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量為：200000kW，根據(jù)《山西電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行管理規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）提到的：

（一）《規(guī)范》要求有功調(diào)節(jié)速率不低于5%Pe/ min（此處是10000kW），不超過(guò)10%Pe/min（此處是20000kW）。此次調(diào)節(jié)能量管理平臺(tái)升功率調(diào)節(jié)速率是VP升平均=18233kW/min；降功率調(diào)節(jié)速率是：

VP降平均=13506kW/min，滿足規(guī)范要求。

表6 有功功率負(fù)荷從40000kW升至60000kW過(guò)程記錄表

表7 調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間

表8 有功功率負(fù)荷從60000kW升至100000kW過(guò)程記錄表

表9 調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間

（二）《規(guī)范》要求全場(chǎng)控制精度指標(biāo)不大于5%Pe，整體來(lái)看近50min的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，控制精度基本滿足要求。

（三）《規(guī)范》要求機(jī)組響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1min，此次測(cè)試因不涉及第三方遠(yuǎn)動(dòng)給數(shù)，所以聯(lián)合動(dòng)力自身整套平臺(tái)運(yùn)行的響應(yīng)時(shí)間在20s至60s之間，響應(yīng)時(shí)間滿足網(wǎng)調(diào)要求。

（四）能量平臺(tái)與遠(yuǎn)動(dòng)廠家AGC/AVC設(shè)備的開(kāi)閉環(huán)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。經(jīng)與遠(yuǎn)動(dòng)廠家AGC/AVC工程師確認(rèn)：能量平臺(tái)發(fā)布的遙測(cè)，遙信信號(hào)正常，數(shù)據(jù)格式正確，遠(yuǎn)動(dòng)廠家AGC/AVC設(shè)備給能量平臺(tái)下發(fā)的遙調(diào)指令，能量平臺(tái)能夠正確接收并執(zhí)行遙調(diào)指令。

（5）自由發(fā)電狀態(tài)下（也對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了有功控制指令的下發(fā)，同有功控制操作機(jī)制相同）全場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)18個(gè)小時(shí)，通訊以及全場(chǎng)有功出力保持正常。

（作者單位：國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司）