適應新能源并網的自動發(fā)電控制技術分析

朱莉 代薇

摘要：目前，我國是社會主義經濟快速發(fā)展的新時期，隨著新能源應用技術的提高，光伏和風電等新能源的并網容量在逐年提高，對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)造成了較大的沖擊，也為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和能源變革帶來了新的機遇。本文主要側重于分析新能源并網后，系統(tǒng)的自動發(fā)電控制系統(tǒng)的具體控制方法和控制原理，并介紹了相關的應用情況。

關鍵詞：新能源并網;自動發(fā)電;控制技術

引言

電網頻率是衡量電能質量的一個重要指標。當頻率產生較大的波動時不但會威脅電力系統(tǒng)的安全也會給發(fā)電機組的安全運行帶來挑戰(zhàn)。以往的頻率調節(jié)通常需要由人工調節(jié)實現(xiàn)或者由特定的調頻電廠來維持電網頻率的穩(wěn)定。然而隨著互聯(lián)電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模也日漸擴大，傳統(tǒng)的人工調頻方式己經不能滿足現(xiàn)代電網頻率調節(jié)的需求。所以，自動發(fā)電控制（AutomaticGnenrationControl，AGC）成為了適應電網發(fā)展的必要手段，對自動發(fā)電控制技術的研究也日漸重要和迫切。自動發(fā)電控制是一種閉環(huán)的反饋控制，它能夠根據負荷擾動情況調節(jié)發(fā)電機組的輸出功率，使其能夠跟隨負荷擾動的變化，從而穩(wěn)定電力系統(tǒng)頻率。自動發(fā)電控制的主要作用可以分為三個方面：維持頻率偏差在允許的范圍內（50士0.1Hz），維持電力系統(tǒng)各區(qū)域之間的聯(lián)絡線交換功率在計劃值，對負荷實現(xiàn)在線經濟負荷分配。

1自動發(fā)電控制系統(tǒng)的基本原理

從電網調度自動化開始，電網調度自動化的不但包括能量管理系統(tǒng)（EMS），配電管理系統(tǒng)（DMS）和電能量自動計量系統(tǒng)、調度自動化等內容，而且還需要相關的市場技術支持系統(tǒng)的配合。自動發(fā)電控制（AutomaticGenerationControl，AGC）是能量管理系統(tǒng)中的重要組成部分。自動發(fā)電控制系統(tǒng)可以很大的提高系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，無差調節(jié)，即當系統(tǒng)負荷或機組輸出發(fā)生波動后，系統(tǒng)的頻率偏離額定值，AGC給調頻機組下達指令，使系統(tǒng)再次達到頻率穩(wěn)態(tài)，頻率恢復額定值，偏差變化到零。AGC系統(tǒng)主要工作是電力系統(tǒng)的頻率調節(jié)和負荷分配，以及與相鄰電力系統(tǒng)之間按規(guī)定進行功率交換。電力系統(tǒng)的供電頻率是系統(tǒng)正常運行的主要參數(shù)。區(qū)域內發(fā)電機組的輸出功率與電力負荷的功率消耗相平衡時，供電頻率保持不變;若機組輸出功率與電網負荷不一致時，即失去供需平衡，頻率就會產生與額定值的偏差，不再保持恒定，偏離過大時會出現(xiàn)安全問題情況。電力系統(tǒng)的負荷是不可控制的，這種情況會引起系統(tǒng)負荷的供需不平衡，導致頻率偏差的出現(xiàn)。要確保電能的質量，就必須對電力系統(tǒng)頻率進行實時監(jiān)控和調節(jié)。當頻率偏差過大的時候，改變調頻機組的輸出使供需達到新的平衡，從而使系統(tǒng)頻率保持在額定值附近。

2適應新能源并網的自動發(fā)電控制技術

2.1產生系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的原因

發(fā)電機組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的影響。電力系統(tǒng)的功率平衡是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的，而系統(tǒng)要保證功率平衡，必須采用自動發(fā)電控制系統(tǒng)。尤其是當?shù)貐^(qū)電網中接入了新能源之后，自動發(fā)電控制系統(tǒng)將發(fā)揮更加重要的作用。因為新能源的發(fā)電出力是具有隨機性和波動性，根據風速或太陽光照強度的變化而實時變化，故需要采用自動發(fā)電控制系統(tǒng)跟隨新能源發(fā)電機組出力的變化，這樣可以平衡電力系統(tǒng)中電源側和負荷側之間的波動。

2.2含新能源的AGC系統(tǒng)結構分析

隨著能源結構的調整和電網中新能源滲透率的提高，電力系統(tǒng)的組成結構也日益復雜。以往在研究含新能源的自動發(fā)電控制系統(tǒng)模型結構時，通常是將新能源發(fā)電部分作為系統(tǒng)的擾動，但作為擾動的前提是新能源機組的裝機容量較小。然而在新能源發(fā)電迅速發(fā)展的今天，其裝機總容量己具一定規(guī)模，應對含有大規(guī)模新能源發(fā)電機組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)的結構改進進行深入研究。考慮到光伏發(fā)電機組的總裝機容量與傳統(tǒng)發(fā)電機組相比一般較小，本文則只討論風電機組的不同介入形式，研究了兩種風電機組并入自動發(fā)電控制系統(tǒng)的結構。

2.3微網技術

通過發(fā)電機組和相應電力電子設備能夠構建出一個微電網，從而解決分布式電源大規(guī)模并網運行的問題。對于風電、太陽能光伏發(fā)電這種自身隨機性較大的新能源發(fā)電，提高含有新能源的微網控制能力是勢在必行的。這是新能源并網的關鍵技術之一。（1）微網中多個微電源之間的協(xié)調控制問題。在微網系統(tǒng)中，可能含有多個微電源，這些電源的外特性、時間常數(shù)和組成環(huán)節(jié)等各不相同，如何保持微電網運行時電壓的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的平穩(wěn)性和可靠性，減小微電網對大電網的沖擊，都需要進一步的探討和研究。（2）并網與獨立運行兩種運行狀態(tài)切換所造成的影響。在大電網發(fā)生故障時，分布式電源必須立即退出運行。微電網與分布式發(fā)電一個主要區(qū)別就是微電網既可與大電網并網運行，也可以在大電網故障情況下切斷與大電網的聯(lián)接而獨立運行。兩種運行狀態(tài)的切換過程對大電網而言就是一種擾動，對大電網的穩(wěn)定運行有一定的影響，必須改進微電網的結構與配置參數(shù)，改進控制策略，消除對大電網的影響。高級能量管理與優(yōu)化運行高級能量管理是微網的核心組成部分，能夠根據能源需求、市場信息和運行約束等條件迅速做出決策，通過對分布式設備和負荷的靈活調度來實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。微網EMS與傳統(tǒng)EMS的關鍵區(qū)別在于：C1）微網內集成熱負荷和電負荷，因此微網EMS需要熱電匹配;C2）能夠自由與電網進行能量交換;C3）微網EMS能夠提供分級服務，特殊情況下可犧牲非關鍵負荷或延遲對其需求響應，為關鍵負荷提供優(yōu)質電力保障。

2.4控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的應用

在實際應用中，AGC的控制對象是電廠控制器，通過調度主站下發(fā)具體的自動發(fā)電控制命令，電廠中的控制器接收到控制指令之后，就可以對發(fā)電機組的出力進行調節(jié)。在調節(jié)發(fā)電機組有功功率的同時，也需要對發(fā)電機組的無功功率進行同步調節(jié)，保證發(fā)電機組的安全并網運行。電網調度員也需要掌握AGC系統(tǒng)中的數(shù)據的變化情況，從而迅速、準確地做出決策。若電網中只有常規(guī)機組并網，由于常規(guī)火電、水電等機組的出力較為穩(wěn)定，AGC控制系統(tǒng)的調節(jié)壓力較小，但為應對負荷的波動，一次調頻依然較為頻繁，自動發(fā)電控制技術是保證電力系統(tǒng)中電源側和負荷側功率平衡不可缺少的關鍵技術，對保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要作用。

結語

對于含有風電等新能源的AGC系統(tǒng)來說，原有的AGC模型己經不能滿足原有的控制要求了。由于互聯(lián)區(qū)域的增多，系統(tǒng)模型的復雜度增加，系統(tǒng)禍合性的增加，新能源并網所帶來的功率波動和區(qū)域內的負荷擾動等因素，將引起整個電網的頻率波動。對于風電作為負荷擾動加入到火電機組區(qū)域的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，風力發(fā)電機組輸出功率的波動將全部由該區(qū)域內的火電機組進行協(xié)調，這就需要區(qū)域內的火電機組能夠快速響應負荷變化，由于火電機組自身的負荷變化的物理限制特性，導致并網的風力發(fā)電機組容量不能太大，否則火電機組將跟不上區(qū)域負荷的變化，這就是一種風電并網模式的缺點。另一方面，為了保證區(qū)域發(fā)電負荷恒定，區(qū)域內的火力發(fā)電機組持續(xù)性的變動輸出負荷，既不利于能源的高效利用，又不利于機組的安全穩(wěn)定運行。所以改進新能源并網的方式是很有必要的。

參考文獻

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