一种1.5MW风电场有功控制装置调节能力分析与研究*

文 | 赵广宇



一种1.5MW风电场有功控制装置调节能力分析与研究*

文 | 赵广宇

*联合动力风电技术中心项目：《大型风电机组主控系统国产化应用及推广》《分布式风电技术研究》

随着大规模风电场接入电网，电网对在网运行的各类风电机组提出了并网安全的要求限制。在2012年国家标准委发布的《风电场接入电网技术规定》中要求风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对有功功率的控制，风电场需配置有功功率控制系统（装置），接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。在山西区国电电网自动化处的运行细则中明确规定不具备有功功率调节能力的风电场，每月按全场当月上网电量的1%进行考核。

上述有功控制装置在2014年底完成调试，以下正文对在山西龙源某现场的测试数据进行分析，并结合风电场并网运行细则研究了测试数据，最终得出结论。

平台依托

风电场能量并网智能管理系统（以下简称能量管理平台）以Vestore-SCADA组态软件为依托，是以风电场有功调节和无功调节为基本功能，并涉及风电场内多种设备协调控制，多项功能自主配置的风电场应用综合类产品（见图1）。

系统介绍

能量管理平台系统分以下几个模块（见图2）：

（一）数据测量（采集）模块

测量采集模块是利用风电场通信网络完成底层被控风电机组机群数据、PCC点(风电场并网点有功关口点)或形成闭环控制主变系统高压侧测量点数据、风电场期望发电总有功目标指令（Pref）等等。

（二）控制器运算单元

按照自主研发的前馈双PI控制器对控制目标有功功率与有功目标指令（Pref）进行运算计算出单一周期的有功功率误差调节量 。

（三）功率分配环节

根据全场风电机组的状态分两大类：可控风电机组和不可控风电机组。按照分配环节策略将有功功率误差调节量分配给可控风电机组。

（四）误差比较再补充模块

可控风电机组得到分配器下发的控制指令后，在可控风电机组调节输出有功功率后，误差补充模块会根据现有数据计算下一运算周期的误差。

测试数据来源于能量管理平台Vestore企业级实时历史数据库平台存储形成的过程历史数据；历史数据库的真实性、有效性、准确性取决于Vestore企业级实时历史数据库平台存储特性和能力。

测试风电场介绍：山西龙源某风电场装机型号为UP82-1.5MW机型共133台，装机容量为200000kW。

数据分析

全场有功稳定在170000kW左右，风电场记录的实时总有功功率是2014年11月30日8时51分43秒至2014年11月30日9时41分6秒时间段的数据（表1所示，以下分析时刻均精确到秒）。

此次测试为本地负荷给定闭环测试，由能量平台自身通过本地控制进行有功功率阶梯步长进行降负荷和升负荷测试，如图3所示整体的控制曲线。

一、降功率调节速率和响应时间

本地降功率调节分析其中的两次：

（一）第一次降功率

某新指令15000kW是在：2014年11月30日9时5分 17秒下发的，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时18 分5秒下发的，由表4所示。

二、升功率调节调节速率和响应时间

本地升功率调节指令共下发两次：

（一）第一次升功率

某新指令6000kW是在：2014年11月30日9时28分6秒下发的，如表6所示。

表1 S1_T101本地有功功率设定测点历史记录数据（图3中所示红色曲线）

表3 调节响应时间

表4 有功功率负荷从100000kW降至90000kW过程记录表

表5 调节响应时间

（二）第二次升功率

某新指令10000kW是在：2014年11月30日9时29 分33秒下发的，如表8所示。

小结与数据分析

全场有功功率曲线基本满足全场控制精度指标不大于5%Pe范围内，跟随本地有功设定值进行调节。测试风电场的装机容量为：200000kW，根据《山西电网自动发电控制（AGC）运行管理规范（征求意见稿）》（以下简称《规范》）提到的：

（一）《规范》要求有功调节速率不低于5%Pe/ min（此处是10000kW），不超过10%Pe/min（此处是20000kW）。此次调节能量管理平台升功率调节速率是VP升平均=18233kW/min；降功率调节速率是：

VP降平均=13506kW/min，满足规范要求。

表6 有功功率负荷从40000kW升至60000kW过程记录表

表7 调节响应时间

表8 有功功率负荷从60000kW升至100000kW过程记录表

表9 调节响应时间

（二）《规范》要求全场控制精度指标不大于5%Pe，整体来看近50min的测试时间内，控制精度基本满足要求。

（三）《规范》要求机组响应时间应小于1min，此次测试因不涉及第三方远动给数，所以联合动力自身整套平台运行的响应时间在20s至60s之间，响应时间满足网调要求。

（四）能量平台与远动厂家AGC/AVC设备的开闭环测试实验。经与远动厂家AGC/AVC工程师确认：能量平台发布的遥测，遥信信号正常，数据格式正确，远动厂家AGC/AVC设备给能量平台下发的遥调指令，能量平台能够正确接收并执行遥调指令。

（5）自由发电状态下（也对风电机组进行了有功控制指令的下发，同有功控制操作机制相同）全场稳定运行超过18个小时，通讯以及全场有功出力保持正常。

（作者单位：国电联合动力技术有限公司）