海上风电场智慧调度平台开发及应用

2020-01-19关凯华电福建风电有限公司

环球市场 2020年26期

关凯华电（福建）风电有限公司

随着海上风电场并网容量的逐渐增加，海上风电功率的随机性与不确定性问题进一步对电网规划与运行提出挑战。针对缺乏实测数据导致目前海上风电出力特性研究不足的现状，该文基于海上风电场现场实测运行数据与区域电网负荷特性，围绕电网运行与调度关注的关键问题，分别从定性分析与定量分析的角度对海上风电功率波动性规律进行了分析与总结。

一、智慧风电场特征

智慧风电场主要基于测控技术、通信技术、信息化技术、大数据处理技术以及各类智能算法，实现对风机控制的自动化、设备状态感知及判断智能化、运维决策智慧化。智慧风电场通过各类传感器准确获知各设备的状态，实现对风电场各设备状态的有效监控；通过较准确地风功率预测，并结合电网调度需求信息、各风机设备状态信息自动调节风机的输出功率，满足电网的调度需求；同时能对各设备的故障进行智能诊断，对设备状态进行智能评估，结合运维经验，实现运维决策自动化、智慧化。智慧风电场的基础是风电场各类信息的数字化，其核心为数据、信息综合处理及智能分析系统（简称信息智能分析系统），本质是信息化与智能化技术在风电领域的高度发展和深度融合。

二、风电场不同的控制方式对发电的影响

根据电网预测规范，根据风电场的历史风速、历史功率、天气预报数据、地形地貌、风电机组设备运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，模型的输入量是风速、功率或数值天气预报数据，同时结合风电场机组的运行工况和设备状态，预测风电场未来的有功功率。理论功率计算方法可参见《风电场理论发电量与弃风电量评估导则》NB/T31055-2014。风电场的动态性能会根据风电场不同的控制方式而变化。在保证安全和稳定的前提下，为提高风电场运行效率，根据当前电网运行状态和风电场的运行工况，应实时调整风电场的控制方式，主要有恒电压控制方式和功率因数控制方式。恒电压控制是系统无功不足时充分发挥风电场的无功补偿能力，当系统发生故障时参与电网的电压控制，还可紧急切换控制方式来提高风电场的故障穿越能力。风电场实时监测接入点电压，监控系统统一控制风电场的无功功率，而有功功率控制是以捕捉最大风能为目标。当系统无功充足时，风电场的无功调节对电网的影响不大。从经济运行考虑，为了减少运行损耗提高风电机组出力，风电场宜采用功率因数控制方式。

三、海上风电场智慧调度平台开发及应用

（一）海洋精细化气象预报服务系统开发

海洋精细化气象预报服务系统总体由三部分构成：精细化气象预报子系统、精细化海浪预报子系统、综合管理及可视化子系统。开发目标是指导未来时间段内风电场运维、施工船舶出海、风电机组工作安全等级评估等海上作业。通过深入研究海洋气象预报预警技术，采用先进的气象海洋数值预报模型，包括中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型，依据气象海洋动力N-S方程、海浪表面二维线性波动方程，大幅提高预报数据的时空分辨率、可信度。结合天气预报行业的服务数据，大幅提高预报准确率并提供高精度的格点化预报结果，实现了海上风电区域精细化气象预报。

（二）调度与风电接纳能力的关系

电网的风电接纳能力是指在保证电网安全稳定运行的情况下，在全面考虑电力系统经济性和风电自身特点的前提下，电网能够允许接受的最大风电能力。影响风电接纳能力的因素主要来自电网的影响和风电的影响两个方面。对于电网的影响因素主要包括：电网架构、电源结构、负荷特性、电源调节能力、电网运行水平以及风电技术水平等；对于风电的影响因素主要包括：风电实际出力水平、风电功率预测误差、风电实际发电量情况和风电分布情况等。风电调度管理与风电接纳能力密切相关，风电是一种取之不尽用之不竭的能源，但是风电不能储存，因此，准确地预测出电网能够接收的最大风电能力至关重要，这样能够减少弃风，对电力系统工作人员合理安排电网中各发电机组的构成，按照调度计划合理调度电网中各发电机组的发电顺序，进一步提高风电利用率。电力系统实际上是一个电能实时动态平衡系统，需要计划发电量、有效输电量和预测用电量三者达到动态平衡的重复过程。电力系统的负荷用电量是可以预测的，常规电源一般是根据负荷预测结果来调节其发电出力，其类型、容量和峰谷等差别都将影响到电力系统风电接纳能力，加强负荷侧管理对实现电力系统动态平衡至关重要。当风力发电机装机容量比较小时，电网在实际运行时风电出力可忽略不计，其电力系统发电量和负荷用电量是通过利用传统电源的调节能力来完成电力系统的平衡；当风力发电机装机容量比较大时，可通过风电技术手段增加可调节性负荷，使负荷用电量的变化能够实时适应风电出力的变化，进而有效提高风电接纳能力，确保电力系统的动态平衡。