华北油田华港燃气公司廊坊天成天然气销售有限公司 河北廊坊 065002
摘要：由于风电的随机性、波动性和抗峰值调节特性，风电并入电网对电力系统稳定和安全造成一定的影响，因此有必要对风电场的有功功率输出进行控制，减少风电波动，提高输出功率平稳性。本文综述了风力发电有功功率控制的研究现状，总结了不同控制方法的控制特点和缺点，并展望了研究方向。
关键词：风电；有功功率；控制措施
前言
风能的随机性和间歇性决定了风电场有功功率输出的不稳定性，随着风电规模的不断扩大，风电穿透率的逐渐增加，大容量风电接入给电力系统调度和安全稳定运行带来了很多新的挑战。为了应对大容量风电接入的相关影响，欧盟国家的电网运行管理机构根据各自国家的风电设备技术水平、风电装机容量和电网的强壮程度等因素，制定了各自的风电场接入电网的管理规程，这些规程中都明确要求风电场应具备有功调节能力，并对有功调节变化率做出了明确的规定。国际上趋于通过技术进步和制定强制性标准，使风电达到或接近常规电源性能。
1风电有功控制功能
1.1系统整体架构
风电有功控制系统基于D5000平台，运行于调度中心站，是大型集群风电智能控制系统的核心组成部分。整个大型集群风电智能控制系统共包括两层结构：调度中心站、有功控制执行站（新能源电站）。调度中心站主要实现对整个系统实时监控，实现智能协调控制策略、实时控制指令的计算和下发、新能源电站加出力申请的自动批复、运行方式和控制模式的切换等主要功能。调度员可通过中心站控制终端实时监控各新能源电站实时控制指令数据、出力、电量完成情况、指令执行情况、预测精度、超发增发等各关键场站、送出通道关键断面和新能源上网主变潮流、裕度等数据及各新能源电站装置的运行情况、申请模式、动作报告等内容。新能源电站装设有功功率控制装置，实时监测各电站的出力，并根据中心站自动分配给各电场实时控制指令控制新能源电站出力，实现新能源电站出力最大化、最优化、切机组最小化控制，并实现超发告警及超发切机功能。通过以太网与新能源电站集控系统通信，接收集控系统传送的实时预测的最大发电能力，发送给集控系统允许发电控制指令值、总发电量、超发告警信息以实现闭环控制。本系统主要根据全网新能源消纳空间、输电断面实时裕度、新能源电站的实时出力及发电能力，优化分配新能源电站的有功发电计划，在确保电网安全稳定的前提下，最大限度提高电网对新能源发电的接纳能力，实现对新能源的充分利用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2系统功能特色
充分利用新能源发电能力和电网的接纳能力，在不违反电网安全约束的前提下，保证新能源电站出力最大化。分配策略体现公平、公正原则，根据新能源发电能力和开机容量来分配每个电站的实时计划，从而保证每个新能源电站实时计划的公平性。信息相互开放，充分公开，所有新能源电站出力、计划等信息彼此可见。
3风电集群有功功率控制措施
3.1基于风电机组状态分类的功率控制
随着区域电网的风电穿透率不断升高，需要研究新型的场站级有功功率控制策略，包括风电场的有功功率控制模式以及分配算法。对于新型的控制策略，近年来国内外学者进行了比较深入的研究。基于风电机组的状态分类，考虑到部分机群停运，将风电场内的风电机组根据各自的运行状态，按照相应的分类标准，将运行状态相似的风电机组分成一类，从而对其进行集中控制。在这种控制策略中，风电机组的分类标准不一，功率控制的效果也有所差异。在基于风电机组状态分类的场站级有功功率控制策略中，以下一功率控制周期内各风电机组的预测功率以及运行状态为分类标准，按不同类型机组升降功率的能力不同进行控制。基于优先顺序法的风电场限出力有功分配控制方法，综合考虑了场内风电机组的预测信息、运行状态与控制特性，根据控制序列，从而给出场内各风电机组限出力分配方法，将风电机组分为七类，综合考虑基于机组实时风速信息的风电场有功控制策略和基于机组动态分类的风电场有功控制策略，将2种控制策略相结合，提出基于机组风速信息动态分类的风电场有功控制策略。由于风场内风电机组的频繁启停会给电力系统带来较大冲击，针对风力发电机组频繁启停问题，根据各个风电机组对风电场降功率贡献的大小程度，分为可控机组和不可控机组，在此基础上建立了可控机组数量模型及降功率分配模型。基于机组实时风速信息和运行状态动态分类的有功功率控制策略，此控制策略考虑了避免机组频繁启停的控制目标，并引入最小开停机时间约束条件，减小了整个场站的风电机组启停次数。以上的基本思想都是按照机组的运行状态以及风速预测等相关信息，将风电场内各风电机组分成有限的类别，在此基础上提出场站级有功功率控制策略。
3.2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。形成了比较完整的基于目标函数的场站级有功优化方法，值得借鉴，但在模型结构和对风电机组运行状态评价的精细程度等方面仍有待提高。
3.3考虑风电场运行经济性的功率控制
大型风电场一般分期建设，从而导致建成后存在多种机组、多个机群并存的现象，受相关政策影响造成不同机群的上网电价存在差异。与此同时，随着风电的快速发展，弃风限电现象愈加普遍。基于弃风限电以及电价差异这2个大背景，以实现风电场收益最大化为目标，在风电场自动发电控制系统(automatic generation control，AGC)和不同机群能量管理系统(energy management system，EMS)之间搭建一套协调控制系统，该系统考虑了不同机群的上网电价，在弃风限电的情况下，尽可能提高稳定性能好、电价较高的风电机组的利用率，同时将电价低的机组运行在最小负荷状态，以此实现风电场经济效益最大化。
结束语
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，场站级功率控制策略形式多样，针对不同的控制目标，所建立的控制策略也有所不同。通过归纳总结风电场单机功率控制以及场站级功率控制的研究现状，对其进行展望，为后续研究奠定基础。
参考文献
[1]侯酷瑞，张鑫，张嵩．风力发电的发展现状与关键技术研究综述[J]．智能电网，2014，2(2)：22—27．
[2]张丽英，叶廷路，辛耀中，等．大规模风电接入电网的相关问题及措施[J]．中国电机工程学报，2010，30(25)：1—9．
[3]孙钒．风电场场站级有功功率优化控制研究[D]．北京：华北电力大学．2016．
[4]孙钒，张建华．风电场场站级降功率控制策略优化研究[J]．现代电力，2016，33(5)：12-17．
论文作者:李殿东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/29
标签：风电论文; 机组论文; 功率论文; 新能源论文; 场站论文; 策略论文; 风电场论文; 《建筑学研究前沿》2018年第28期论文;