風電場AGC系統建設與協同控制

何成明+楊金剛+張海霞+史智萍+湯慶峰

摘要：風力發電是潔凈清潔的發電方式，大規模發展風電對轉變傳統發電模式具有積極作用。風電技術的優化和完善使得風電場的發電水平不斷增加，為了迎合電力用戶和電力調峰的基本需求，需要開展風電場AGC系統建設。文章對風電場AGC系統建設與協同控制展開了探討，對AGC系統建設實踐、協同控制的原理、結構設計和具體的控制過程等進行了闡述。

關鍵詞：風電場；AGC系統；系統建設；協同控制；風力發電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM614 文章編號：1009-2374（2017）06-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.047

風電場AGC系統建設對風電場的能量管理具有較高的價值，實踐證明，風電場AGC系統可以有效地完成對機組的調頻出力控制，可以滿足用戶的基本用電需求，使得風電場的系統的運行成本可以達到最低。另外，由指定的AGC機組參與協同控制，可完成對風電預測誤差問題的控制，增加電網消納風電的水平，是增加風電企業電力服務水平和服務質量的有效途徑。基于此，本文結合風電場的基本情況，對風電場AGC系統的具體建設和協同控制等內容做以下分析。

1 AGC分析

AGC系統在電力系統的調度中具有較高的應用價值，是保障電力系統能夠始終處于最為經濟的狀態下運行，保障電網的頻率穩定，切實滿足電力用戶多變的基本需求，進而全面推動電力企業的發展和進步。長期以來，AGC系統主要是應用在火力發電和水利發電中，若要將AGC系統應用到風電場中，需要的強化對以往經驗的總結和分析。

風電場主要是借由風力完成發電任務，受到風能本身性質的影響，使得風電場的功率穩定控制難度加大。風能存在著一定的間歇性和不穩定性，無法進行人工控制，這也加大了風電場的功率穩定性控制的難度。借由以往AGC系統建設的基本經驗和方式，合理完成風電場AGC系統的構建，并使得AGC系統參與到協同控制中，完成對風電預測誤差的分析和處理，推動風電場的供電穩定性和有效性。

風電場AGC系統的建設能保障風電并入到電網后，結合風電場的基本情況，完成對功率的調節，實現對風電無序并網的控制。風電場AGC系統的功能如下：（1）結合風電場的基本情況，控制風電場的功率情況，且能夠實現遠程監控，保障風電場頻率的穩定性；（2）可遠距離完成對風電場的并網的控制，對風電場的有功功率輸出變化率進行嚴格控制；（3）自主控制出力，根據電網高峰的基本需求，滿足電網調峰的基本需求；（4）完成對風電場的定功率控制，使得系統能夠始終處于最為經濟的狀態。

風電場AGC系統建設完成后，可以按照發電計劃和風功率預測的結果，做出相關調度指令，且由AGC模塊完成對風電場具體的功率的控制。AGC系統的需要具備數據庫、通信模塊和控制模塊。

2 風電場AGC系統的建設

2.1 工程概況

結合某風電場的實際情況，完成對風電場AGC系統的建設。該風電場共有V52 850kW型的風機58臺，V50-2MW風機100臺，總裝機容量為250MW，且直接并入到區域電網中。為了完成對風電場有功功率的管理與控制，保障風電場的穩定供電，完成了對該風電場的AGC系統的建設。系統借由OPC協議配合遠動通信裝置完成對有功功率控制系統，由此可見，得到的系統主要是由實時數據采集部分、通信部分、OPC網關機和監控系統這四大部分構成。

2.2 AGC系統的有功率的控制過程

控制主要是根據電網企業發出的相關指令，借由網絡通信將使有功功率的調節指令發送到風電場。主要由遠動通信裝置完成對這部分信息接受，再將具體的信息傳遞到OPC網關機，由其按照OPC協議直接將指令下發到監控系統中。指令到達系統中，由系統中的功能模塊完成指令的執行，從而完成對有功功率的調節，這一過程耗時極少，并保障了調節的有效性，保障電網的穩定運行。其中PRM模塊是完成對指令執行的主要功能模塊，PRM模塊和監控系統主要是采用OPC協議進行通信。借由PRM模塊，可以完成對風電機組的功率的有效調節。根據裝機容量的基本情況，PRM模塊可以自主判斷是否展開停機控制。

此外，PRM模塊還能夠根據相關工作人員給定的功率設定值完成對功率的調節，且具備雙向交換性。PRM模塊還具備人機交互交界面，可以完成對實時功率和最大可能輸出功率、風電場的具體風速等信息進行展示，促使相關工作人員根據具體的參數情況完成對風電場機組的管理和維護工作。

2.3 OPC網關機及AGC控制模塊

鑒于AGC系統的基本情況，需要合理地對OPC網關機和AGC控制模塊進行選擇和安裝，其中OPC網關機可以采用高配置的工控機，在對其具體的客戶端模塊和裝置管理模塊等AGC控制模塊進行設置，使其完成不同的功能。OPC網關機主要是負責對遠動通信裝置的連接，并完成風電場風機服務器之間的雙向通信，完成對數據信息的傳遞和上傳。還將遠動通信裝置獲得的控制指令進行傳遞，使得系統能夠完成自動的功率調節任務。客戶端模塊主要是完成人機互動，將相關數據信息顯示在客戶端模塊，并借由客戶端模塊完成相關指令的輸入。負荷控制模塊是完成負荷控制的重要部分，其在具體的控制中可以直接將網調下發的定值傳遞到監控系統中，從而完成功率控制。而對于多個風機的監控系統，將得到的功率定值按照風機容量的比例完成對功率定值的調節，達到良好的分配效果。裝置管理模塊是確保系統有效地與遠動裝置連接和通信的關鍵。

2.4 遠動通信裝置和信道

風電場AGC系統的建設過程中，需要合理地展開對遠動通信裝置的構建，這一部分是銜接OPC網關機和網調之間聯系的關鍵。本工程的風電場AGC系統是建立在變電站現有條件下，具有較高的效率和較低的工程造價。AGC系統的遠動通信裝置需要具備雙向通信的能力，并具備較好的穩定性。本工程中遠動通信裝置主要采用9698D遠動裝置，在配置多個可調度的通信接口，滿足風電場AGC系統進化需求。

遠動通信裝置構建完成后，需要合理地對風電場的信道進行分配，本工程的AGC系統的上傳信道是由調度通信中心規劃分配，且可以直接完成數據的通信，有效地減少了信道的設計和規劃，降低了成本。

2.5 調度端系統

調度端系統是在原有的基礎上，合理地對AGC有功功率控制軟件進行添加，促使系統可以完成人機互動、數據處理和調節、監控等功能。AGC系統有效地結合風功率預測系統，完成對額定功率的控制，并完成固定指令和計劃指令的實施。借由上述構建方式，可以有效完成對風電場AGC系統的構建，使得AGC系統有效地完成對風電不確定性和隨機性的遏制，保障有功功率的穩定，提升風電并入電網的有效性，積極推動電力服務水平和服務質量的有效提升。本工程通過對AGC系統的有效建立，為電網調度提供了有效的風電功率調節功能，保障區域供電的穩定和質量。

3 風電場AGC機組的協同控制

風電場AGC系統構建完成后，可能會受到風電預測誤差的影響，可能會增加AGC機組的調節壓力，并增加風電場和電網企業的運行成本。如不能有效地對風電預測誤差進行控制，必然會影響電力企業的服務水平，降低電力用戶的滿意度。針對這類情況，本工程采用AGC機組的分布協同控制。

協同控制的基本原理：風電場AGC系統在實際的運行中，風電預測的誤差對AGC系統的影響較大。如果風電場的出力與預期值偏差加大，AGC機組成本和調節成本均會增加，對風電企業的效益獲取具有十分不利的影響。AGC機組參與協同控制過程，相當于提供了一份備用容量。

風電機組和AGC機組之間添加一個1min級別的控制信號，使得風電機組和AGC機組可以達到協同控制的方式，進而有效地完成對風電場機組的控制，從而實現對預測誤差的干擾降低。主要是因為這控制信號是添加在二者之間的控制單元中，并將分布協同控制單元作為風電AGC機組和風電機組的主控單元，完成對下移時段的凈負荷的引入，使其進入到具體的控制過程中，并通過信息的交流和迭代，完成對預測誤差的分析和修正，使得AGC機組減少一定的故障和負荷明顯變動對有功功率造成的不利影響，保障系統可以始終于最為經濟的狀態下運行。

本工程的協同控制主要采用分布式協同控制，適應性較高，尤其是對風電并網協同控制具有較好的效果，是推動風電穩定和提升電力服務水平的關鍵。借由上述方式，可以有效地完成風電場與AGC機組的協同控制，對提升風消納量和機組的節能水平具有積極的影響。另外，借由協同控制能夠有效地降低系統的運行成本，保障風電企業的效益。

4 結語

（1）探究分析風電場AGC系統的基本功能和建設意義，并對其具體建設實踐進行闡述，詳細地分析AGC系統的控制過程，提高AGC系統建設的有效性；（2）通過AGC機組和風電場的分布式協同控制，提升機組的節能效果，降低成本，積極推動風電企業的持續健康發展。

參考文獻

[1] 何成明，王洪濤，韋仲康，等.風電場與AGC機組分布式協同實時控制[J].中國電機工程學報，2015，35（2）.

[2] 楊德學，叢智慧.風電場AGC系統建設研究與實踐[J].東北電力技術，2011，（4）.

作者簡介：何成明（1986-），男，山東泰安人，國網冀北電力有限公司經濟技術研究院工程師，博士，研究方向：輸電網規劃設計技術。

（責任編輯：蔣建華）