适应新能源并网的自动发电控制技术分析

朱莉 代薇

摘要：目前，我国是社会主义经济快速发展的新时期，随着新能源应用技术的提高，光伏和风电等新能源的并网容量在逐年提高，对传统的电力系统造成了较大的冲击，也为传统电力系统和能源变革带来了新的机遇。本文主要侧重于分析新能源并网后，系统的自动发电控制系统的具体控制方法和控制原理，并介绍了相关的应用情况。

关键词：新能源并网;自动发电;控制技术

引言

电网频率是衡量电能质量的一个重要指标。当频率产生较大的波动时不但会威胁电力系统的安全也会给发电机组的安全运行带来挑战。以往的频率调节通常需要由人工调节实现或者由特定的调频电厂来维持电网频率的稳定。然而随着互联电力系统的发展，电力系统的规模也日渐扩大，传统的人工调频方式己经不能满足现代电网频率调节的需求。所以，自动发电控制（AutomaticGnenrationControl，AGC）成为了适应电网发展的必要手段，对自动发电控制技术的研究也日渐重要和迫切。自动发电控制是一种闭环的反馈控制，它能够根据负荷扰动情况调节发电机组的输出功率，使其能够跟随负荷扰动的变化，从而稳定电力系统频率。自动发电控制的主要作用可以分为三个方面：维持频率偏差在允许的范围内（50士0.1Hz），维持电力系统各区域之间的联络线交换功率在计划值，对负荷实现在线经济负荷分配。

1自动发电控制系统的基本原理

从电网调度自动化开始，电网调度自动化的不但包括能量管理系统（EMS），配电管理系统（DMS）和电能量自动计量系统、调度自动化等内容，而且还需要相关的市场技术支持系统的配合。自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC）是能量管理系统中的重要组成部分。自动发电控制系统可以很大的提高系统频率的稳定性，无差调节，即当系统负荷或机组输出发生波动后，系统的频率偏离额定值，AGC给调频机组下达指令，使系统再次达到频率稳态，频率恢复额定值，偏差变化到零。AGC系统主要工作是电力系统的频率调节和负荷分配，以及与相邻电力系统之间按规定进行功率交换。电力系统的供电频率是系统正常运行的主要参数。区域内发电机组的输出功率与电力负荷的功率消耗相平衡时，供电频率保持不变;若机组输出功率与电网负荷不一致時，即失去供需平衡，频率就会产生与额定值的偏差，不再保持恒定，偏离过大时会出现安全问题情况。电力系统的负荷是不可控制的，这种情况会引起系统负荷的供需不平衡，导致频率偏差的出现。要确保电能的质量，就必须对电力系统频率进行实时监控和调节。当频率偏差过大的时候，改变调频机组的输出使供需达到新的平衡，从而使系统频率保持在额定值附近。

2适应新能源并网的自动发电控制技术

2.1产生系统稳定性影响的原因

发电机组的自动发电控制系统对电力系统的稳定性具有重要的影响。电力系统的功率平衡是电力系统稳定的，而系统要保证功率平衡，必须采用自动发电控制系统。尤其是当地区电网中接入了新能源之后，自动发电控制系统将发挥更加重要的作用。因为新能源的发电出力是具有随机性和波动性，根据风速或太阳光照强度的变化而实时变化，故需要采用自动发电控制系统跟随新能源发电机组出力的变化，这样可以平衡电力系统中电源侧和负荷侧之间的波动。

2.2含新能源的AGC系统结构分析

随着能源结构的调整和电网中新能源渗透率的提高，电力系统的组成结构也日益复杂。以往在研究含新能源的自动发电控制系统模型结构时，通常是将新能源发电部分作为系统的扰动，但作为扰动的前提是新能源机组的装机容量较小。然而在新能源发电迅速发展的今天，其装机总容量己具一定规模，应对含有大规模新能源发电机组的自动发电控制系统的结构改进进行深入研究。考虑到光伏发电机组的总装机容量与传统发电机组相比一般较小，本文则只讨论风电机组的不同介入形式，研究了两种风电机组并入自动发电控制系统的结构。

2.3微网技术

通过发电机组和相应电力电子设备能够构建出一个微电网，从而解决分布式电源大规模并网运行的问题。对于风电、太阳能光伏发电这种自身随机性较大的新能源发电，提高含有新能源的微网控制能力是势在必行的。这是新能源并网的关键技术之一。（1）微网中多个微电源之间的协调控制问题。在微网系统中，可能含有多个微电源，这些电源的外特性、时间常数和组成环节等各不相同，如何保持微电网运行时电压的稳定性与系统的平稳性和可靠性，减小微电网对大电网的冲击，都需要进一步的探讨和研究。（2）并网与独立运行两种运行状态切换所造成的影响。在大电网发生故障时，分布式电源必须立即退出运行。微电网与分布式发电一个主要区别就是微电网既可与大电网并网运行，也可以在大电网故障情况下切断与大电网的联接而独立运行。两种运行状态的切换过程对大电网而言就是一种扰动，对大电网的稳定运行有一定的影响，必须改进微电网的结构与配置参数，改进控制策略，消除对大电网的影响。高级能量管理与优化运行高级能量管理是微网的核心组成部分，能够根据能源需求、市场信息和运行约束等条件迅速做出决策，通过对分布式设备和负荷的灵活调度来实现系统的最优化运行。微网EMS与传统EMS的关键区别在于：C1）微网内集成热负荷和电负荷，因此微网EMS需要热电匹配;C2）能够自由与电网进行能量交换;C3）微网EMS能够提供分级服务，特殊情况下可牺牲非关键负荷或延迟对其需求响应，为关键负荷提供优质电力保障。

2.4控制系统稳定性的应用

在实际应用中，AGC的控制对象是电厂控制器，通过调度主站下发具体的自动发电控制命令，电厂中的控制器接收到控制指令之后，就可以对发电机组的出力进行调节。在调节发电机组有功功率的同时，也需要对发电机组的无功功率进行同步调节，保证发电机组的安全并网运行。电网调度员也需要掌握AGC系统中的数据的变化情况，从而迅速、准确地做出决策。若电网中只有常规机组并网，由于常规火电、水电等机组的出力较为稳定，AGC控制系统的调节压力较小，但为应对负荷的波动，一次调频依然较为频繁，自动发电控制技术是保证电力系统中电源侧和负荷侧功率平衡不可缺少的关键技术，对保证电力系统的安全可靠运行具有重要作用。

结语

对于含有风电等新能源的AGC系统来说，原有的AGC模型己经不能满足原有的控制要求了。由于互联区域的增多，系统模型的复杂度增加，系统祸合性的增加，新能源并网所带来的功率波动和区域内的负荷扰动等因素，将引起整个电网的频率波动。对于风电作为负荷扰动加入到火电机组区域的自动发电控制系统，风力发电机组输出功率的波动将全部由该区域内的火电机组进行协调，这就需要区域内的火电机组能够快速响应负荷变化，由于火电机组自身的负荷变化的物理限制特性，导致并网的风力发电机组容量不能太大，否则火电机组将跟不上区域负荷的变化，这就是一种风电并网模式的缺点。另一方面，为了保证区域发电负荷恒定，区域内的火力发电机组持续性的变动输出负荷，既不利于能源的高效利用，又不利于机组的安全稳定运行。所以改进新能源并网的方式是很有必要的。

参考文献

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