基于RTDS的風(fēng)電場(chǎng)AVC動(dòng)模仿真試驗(yàn)分析

王 浩

(呼和浩特供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展和國(guó)家的政策支持，近年來(lái)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速。但是，因?yàn)轱L(fēng)電系統(tǒng)本身特有的運(yùn)行特征和控制特征，以及風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)方式，大面風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)網(wǎng)內(nèi)造成暫態(tài)特性、靜態(tài)特性、頻率穩(wěn)定、電壓質(zhì)量、電能質(zhì)量和電網(wǎng)保護(hù)方面產(chǎn)生一定水平的擾動(dòng)，其中最為顯著的是電壓無(wú)功問題[1]。

AVC是大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電集中地區(qū)無(wú)功電壓平衡的重要部分，其在負(fù)荷、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的無(wú)功電壓合理分布起關(guān)鍵作用。目前，風(fēng)力發(fā)電廠的調(diào)度自動(dòng)化發(fā)展情況尚處于起步階段，風(fēng)力發(fā)電不易觀察測(cè)量，不易控制等問題較為突出。所以，在較為完善的火力發(fā)電廠、變電站AVC系統(tǒng)的前提下，考慮風(fēng)力發(fā)電廠自身的控制特征，改善風(fēng)力發(fā)電廠調(diào)度自動(dòng)化程度，增加無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用效率，加強(qiáng)電壓穩(wěn)定性，達(dá)到風(fēng)力發(fā)電有序的精確地控制，綜合控制風(fēng)力發(fā)電廠及無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功輸出，對(duì)電網(wǎng)的電壓調(diào)控具有關(guān)鍵作用[2]。

1 風(fēng)電場(chǎng)AVC控制系統(tǒng)基本原理

1.1 風(fēng)電場(chǎng)AVC控制手段及控制策略

風(fēng)電場(chǎng)AVC定時(shí)接收調(diào)度主站下發(fā)的控制電壓目標(biāo)值，根據(jù)風(fēng)機(jī)、SVC、其他無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行工況、無(wú)功調(diào)節(jié)能力，風(fēng)場(chǎng)本地?zé)o功控制系統(tǒng)利用電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D為基準(zhǔn)，考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)補(bǔ)償、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的作用。

AVC系統(tǒng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)機(jī)組的無(wú)功出力，通過AVC系統(tǒng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成功率因數(shù)設(shè)定值以通訊方式下發(fā)至風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)指令給單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的本地控制系統(tǒng)，再由風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制變流器控制輸出的無(wú)功。

1.2 風(fēng)電場(chǎng)AVC控制方式

風(fēng)電場(chǎng)AVC子站通過風(fēng)電信息終端接收內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站下發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)220KV母線電壓調(diào)整量。風(fēng)電場(chǎng)側(cè)AVC子站系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍有風(fēng)機(jī)、SVC和主變分接頭，在充分考慮各種約束條件后，首先計(jì)算出對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)機(jī)組的無(wú)功出力，由全場(chǎng)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接收命令，再把命令發(fā)送給各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)就地控制系統(tǒng)控制風(fēng)機(jī)無(wú)功功率的輸出。

1.3 風(fēng)電場(chǎng)AVC調(diào)壓手段

風(fēng)電場(chǎng)調(diào)壓手段為AVC自動(dòng)電壓控制策略。風(fēng)電場(chǎng)AVC子站通過風(fēng)機(jī)信息終端接收內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站下發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)220KV母線電壓調(diào)整量。在充分考慮各種約束條件后，首先計(jì)算出對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)機(jī)組的無(wú)功出力，當(dāng)風(fēng)機(jī)無(wú)功出力不能滿足系統(tǒng)需求時(shí)，加入SVC進(jìn)行調(diào)節(jié)，SVC無(wú)功裕度不足時(shí)加入主變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)整。

如果風(fēng)電場(chǎng)不投入AVC自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的話，風(fēng)電場(chǎng)可通過就地控制SVC進(jìn)行調(diào)壓，在SVC上位機(jī)上手動(dòng)輸入220kV母線電壓目標(biāo)值或無(wú)功功率設(shè)定值，均可通過SVC發(fā)出感性/容性無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)壓。

1.4 風(fēng)電場(chǎng)AVC的輸入輸出

風(fēng)電場(chǎng)AVC子站與內(nèi)蒙古中調(diào)AVC主站通過風(fēng)機(jī)信息終端實(shí)現(xiàn)通信。子站負(fù)責(zé)信息采集接收。子站系統(tǒng)利用RTU設(shè)備得到母線和主變信息，這種方式合理規(guī)避了子站采集信息和中調(diào)采集信息的數(shù)據(jù)源相同而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)重復(fù)，子站采集的數(shù)據(jù)有：高、低壓側(cè)母線電壓、變壓器有用功率及無(wú)功功率等等。

子站給風(fēng)力發(fā)電機(jī)下發(fā)命令，通過風(fēng)機(jī)本地風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)功出力，同樣下發(fā)命令給SVC系統(tǒng)，調(diào)整SVC的無(wú)功出力情況。AVC子站狀態(tài)信號(hào)經(jīng)由風(fēng)機(jī)信息終端上傳至中調(diào)AVC主站。

1.5 風(fēng)電場(chǎng)AVC系統(tǒng)的通信配置

風(fēng)電場(chǎng)采用系統(tǒng)雙主機(jī)配置方式，配置2臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)。子站負(fù)責(zé)接收內(nèi)蒙古中調(diào)發(fā)出的母線電壓調(diào)節(jié)命令，經(jīng)過計(jì)算處理，下發(fā)命令給風(fēng)力發(fā)電機(jī)及SVC設(shè)備。

當(dāng)SVC裝置達(dá)到滿出力運(yùn)行時(shí)，AVC子站系統(tǒng)再根據(jù)當(dāng)前所需要調(diào)節(jié)的220kV母線電壓值提示運(yùn)行人員調(diào)整主變分接頭位置。具體控制方式及要求，按照電網(wǎng)公司相關(guān)規(guī)定、要求，將控制方式調(diào)整為最優(yōu)化、最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

SVC能實(shí)現(xiàn)接收AVC子站下發(fā)的電壓或無(wú)功(功率因數(shù))指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)SVC無(wú)功出力。子站與風(fēng)電場(chǎng)主控制室系統(tǒng)后臺(tái)通信。子站系統(tǒng)作為系統(tǒng)終端主機(jī)，后臺(tái)則屬于控制端屬于人機(jī)交換界面來(lái)監(jiān)控和控制子站主機(jī)。

2 風(fēng)電場(chǎng)AVC動(dòng)模仿真試驗(yàn)分析

2.1 RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器介紹

實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS是由加拿大Manitoba直流研究所開發(fā)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)較常規(guī)仿真而言，RTDS具有快捷的搭建模型能力，精準(zhǔn)地完成電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真仿真試驗(yàn)，具有較強(qiáng)的延伸性和兼容性。RTDS通過數(shù)模轉(zhuǎn)換可以把仿真結(jié)論以模擬量形式導(dǎo)出，在仿真各類控制過程及繼保試驗(yàn)將RTDS與實(shí)物設(shè)備鏈接，形成閉環(huán)回路，筆者利用此功能實(shí)現(xiàn)了RTDS仿真數(shù)字模型與AVC設(shè)備的閉環(huán)回路。由上可知，RTDS是一種較為領(lǐng)先的時(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字-物理結(jié)合的仿真模式。

2.2 試驗(yàn)概述

本試驗(yàn)利用模擬主站來(lái)模擬中調(diào)下發(fā)指令，AVC系統(tǒng)接收指令后，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，下發(fā)指令給RTDS仿真的相應(yīng)受控目標(biāo)，受控目標(biāo)執(zhí)行控制任務(wù)后，反饋給AVC子站后臺(tái)，通過AVC軟件界面讀取。

在測(cè)試過程中，在AVC系統(tǒng)子站后臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，如母線電壓、風(fēng)機(jī)出口電壓、有功、無(wú)功、開關(guān)開斷情況、裝置狀態(tài)等遙信、遙測(cè)量。

2.3 綜合調(diào)控測(cè)試

在測(cè)試中，用Q1表示1號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功出力、Q2表示2號(hào)風(fēng)機(jī)無(wú)功出力、QSVC表示SVC無(wú)功出力，電壓調(diào)節(jié)死區(qū)為1kV，測(cè)試前將SVC調(diào)節(jié)至遠(yuǎn)控模式。

表1給出了電壓調(diào)節(jié)的詳細(xì)過程，AVC收到調(diào)節(jié)指令，向風(fēng)機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)命令，進(jìn)入風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)模式，風(fēng)機(jī)響應(yīng)為調(diào)節(jié)裕度不足時(shí)，轉(zhuǎn)入SVC調(diào)節(jié)模式，SVC無(wú)功出力達(dá)到其上限，母線電壓仍未達(dá)到目標(biāo)值，AVC切換至主變分接頭調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。

表1 綜合控制的電壓調(diào)節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者研究了AVC的控制方法，包括其控制手段、控制策略、控制方式、調(diào)壓手段及輸入輸出方法。介紹了AVC通信原理，即由中調(diào)到AVC主站、AVC子站，由AVC子站分別到風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、SVC系統(tǒng)。基于風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)情況，建立了AVC系統(tǒng)的RTDS動(dòng)模仿真模型，并進(jìn)行綜合調(diào)控試驗(yàn)。

仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，AVC系統(tǒng)在電壓無(wú)功控制精度、響應(yīng)速度、安全性能等指標(biāo)滿足電網(wǎng)所需要求，改變了人工調(diào)節(jié)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、可靠性不足的缺陷，提高了調(diào)控效率，改變了傳統(tǒng)的調(diào)度模式，AVC系統(tǒng)的投運(yùn)對(duì)保障電網(wǎng)的電壓正確率、減少無(wú)功損耗、增強(qiáng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。