适应新能源并网的自动发电控制技术分析

张鸽

（国电建投内蒙古能源有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

根据电力消耗的实际情况，电力系统的负荷不断变化。因此独立的电力系统可以调整供电和需求的平衡，使系统频率保持在合理范围内，以确保控制系统适合的功率质量。为了确保电力网的实时平衡，需要生成控制系统以通过负荷的变化来实现电力系统安全可靠。

1 自动发电控制

1.1 背景及原理

现在电网规模越来越大，其安全性越来越重要，电网运行中最重要的任务是将安全可靠的电压和频率分配给各电力设备，保证工作电力的平衡，应对电力网所需要的负荷正在不断变化的情况。新能源发电整个控制系统是时间变化系统，不能保持频率恒定。通常，频率变化限制在小范围内。为了不让实际的工作频率超出这个范围，需要实时调整有源电源的输出负荷。一般导入自动发电控制，即使在负荷变动时也能维持电力的平衡［1］。

随着电力系统的不断扩大，单一的电力系统无法适应电力网整体的发展。这需要主电力网，特别是相邻电力系统之间的相互连接。在煤炭资源和能源消耗分布不平衡，引起不平衡的情况下，主电网之间的相互连接是更加必要的，这样的相互连接会给双方提供高水平的安全保障，从而带来巨大的经济效果，因此研究广域连接的新能源发电AGC具有更现实的意义。由于多域互连的延迟和各种约束非线性增加了控制难度，如果出现问题后再进行改进将无法弥补损失，因此需要找到适当的控制方法来保证安全运行［2］。

1.2 智能控制算法应用

自动发电控制从微处理器模式到当前的自适应自调整模式，实现了技术的不断发展。使用PI控制进行自动控制，逐渐实现了合理地控制模式以及网络构建。传统的PI控制结构具有简单而独特的特征，广泛应用于自动控制区域，单步控制方式采用基于局部控制偏置的PI控制装置［3］。控制电源分别构成了控制器的一部分，这个PI控制器作为构成部分被广泛使用。

AGC控制系统在当前电力网的扩充，特别是新能源网络容量方面有重要的应用。由于风力发电比太阳能发电具有更大的不确定性，所以在风力发电与网络连接后，对自动发电控制系统的需求增加，只有具备自动发电控制系统的风电场大规模集成。太阳能出力特性比较稳定，没有风电那样的尖峰或锯齿状出力曲线，一般安装规模较大的太阳能电站可根据实际情况，选择是否安装自动发电控制系统的容量、自动发电控制系统的构成，也需要保证电力网的运行稳定性。

2 控制技术

2.1 电力电子技术

AGC系统就是发电自动控制系统，能够实现发电频率与功率的自动调整，在新能源发电过程中具有重要地位［4］。经过近几年的发展，现在的电网已经成为几个相邻电网连接的区域。改变了原来的运行状况。如果一个地区的发电和负荷不平衡的话，其他地区可以通过地区间通信进行通信。但是，这也造成了电力网之间连接线的交换功率的变动，并行变动的容量与系统容量成比例，随着是正向相关，随着其中一个的增加而增加，特别严重的情况下，会引起连接线的过载。因此，如果电力系统管理不当，会产生很多不利因素，无法保障系统的安全。

在进行系统控制过程中有多种方法，首先是利用区域控制偏差，根据电网实际负载与频率的差异表示负荷平衡状态，然后继续地区供电的平衡与调整［5］。偏差出现的原因主要有设计过程中的偏差，以及并网运行过程中的频率偏差和功率偏差等影响。通过负载频率控制进行调整，满足在用户用电变化的情况下本地负荷的稳定。

由于新能源并网发电系统的要求与传统发电不完全相同，对于输出负荷存在特殊要求，因此在进行设计与控制过程中应该考虑各种设备的运行特点以及功能，合理利用设备来进行系统稳定性提升，并保证电力系统的稳定性，接下来对一些主要设备进行介绍分析。

（1）并网逆变器

以往的逆变转换器具有响应速度快、惯性小、过电流能力弱等特点。由于新能源发电单元的输出负荷必须通过电力电子转换器并入电网，逆变器不仅可以适应以往的逆变器功能，还可以适应复杂多样的输出。因此，网络逆变器容量的提高是将新能源网络化的核心技术，太阳能发电逆变控制框图如图1所示。

图1 太阳能发电逆变控制框图

（2）静态开关

静态开关是一种控制节点，能够将主网络与微网络的运行故障分离，这种开关一般设计于网络节点位置，这样在故障发生时，能够在连接点产生作用，实现微网格单独运行，避免了整体波动带来的影响［6］。新能源发电过程中需要能够有效地应对负荷以及频率的变化，通过静态开关控制能够有效进行转换过程，实现关键控制。

（3）电能质量控制装置

由于风力能源和太阳能发电的随机性和可变性，如果同时发电大量新能源，会影响整个系统电压、频率等基本指标的稳定性。不利于电网的稳定性。微网格中单相分布电源的大量存在增加了配电系统的三相失衡程度，电子负荷容易受到瞬态、掉落、谐波、突发等干扰的影响。所以为了实现发电的稳定以及质量，应该对质量控制装置进行研究，以供电平衡和稳定为控制目标。

2.2 微电网技术

微网格是通过发电单元和其对应的电力电子设备来配置的，可以解决分布电源的大规模网络运营问题。如果发电有大量的新能源提供，提高包含新能源的微网格的控制能力是很重要的。

大电网故障的话，新能源网络和分布式发电的主要区别之一是微网格与大型电力网并行分离运行，大电力网发生故障时独立运行。两个运行状态之间的过渡过程是对大规模电网的摄动，对大规模电网的稳定运行产生一定影响，需要改善微网格的结构和构成参数，改善控制战略，排除对大规模电网的影响。

先进的能源管理和优化运行先进的能源管理是微电网的关键组成部分，通过分布式设备和负载的灵活调度，实现基于能源需求、市场信息、运行限制的快速决策和系统优化。微网与传统的网络之间不同之处在于热电匹配，微网通过负载设计实现了与热电的耦合，这样就导致微网可以与电网自由交换能量，微网EMS可以提供高质量的电力以牺牲非关键负载或延迟响应分层服务，这样就能够在特殊情况下付出可以接受的代价来保护关键负载。

3 系统稳定性

3.1 产生稳定性影响的原因

在新能源发电过程中，自动发电控制系统影响整个系统稳定性，因为发电控制决定整体功率以及频率的稳定，因此需要对自动发电控制造成的稳定性波动进行分析。特别是当新能源连接到当地的电力网时，自动发电控制系统起到了更重要的作用。新能源有功功率控制系统需要收集电力系统不同部分的运行数据信息，并根据各日期预测的负载曲线、风能或太阳能的输出曲线和输出预测来监测这些数据信息。针对传统发电机等全网曲线计算功率平衡，并根据实际需要智能控制全网太阳能和风力输出。

3.2 控制系统稳定性

在实际的控制过程中，发电自动控制主要是控制各种发电的设备。通过中控进行具体设备的控制，通过指令来调整发电设备运行状态，实现自动控制过程。调整发电机的运转率时，必须调整发电机的运转率，以保证安全运转。系统功率方面和负载方面的功率平衡不可或缺的关键技术是电力系统安全可靠的动作。为了实现稳定控制，可以对不同种类新能源或者多种模式新能源混合发电的装置以及发电环节进行模拟构建，进行基本控制模拟分析。将新能源发电单元作为独立区域，构建自动发电控制系统，分析其控制性能和实时控制效果。

风能和传统的自来水及电不同，风能是不规则、变动的能源。所以发电功率受到风速和风力的影响很大，因此需要进行稳定控制，合理控制风力变化过程中整个电网的供电负荷以及频率波动。以往的风力能源自动发电控制系统常利用风力能源作为电气区域的负荷扰动，形成包含风电和火力的电力区域，并控制火力装置的输出负荷到达该区域。

当风力发电并网容量较小时，根据现有包括风能在内的自动发电控制系统的结构，可以解决风电并网问题。但当风力发电并网容量较大时，为了应对风力发电机出力负荷变化较大，必须对区域火电机组进行大范围、连续性调整。调节装置的输出负载，排除不利于安全运行的因素。如果有风力发电机，输出负载变化比较大，可能会引起整个区域的频偏波动较大。因此，应调查以风力发电为独立区域的自动发电控制系统的构造，如果风力发电机的输出负荷显著变化的话，全系统可补偿负荷达到目标，应确保系统安全稳定运行，并达到高效节能的目的。

4 结论

在自动发电控制系统中，风能作为负荷扰动加到一个单位面积负荷，风电机组输出功率的所有波动都由该地区的火力单元调节。该地区的火力发电厂必须对负荷变化做出快速反应，且并网风力发电机组容量因火力发电厂本身负荷变化的物理限制而不会很大，否则火力发电厂机器会跟不上当地负荷的变化，这也是风电的网络模式的缺点。为了保证局部发电负荷一定，当地的火力发电站的连续可变输出负荷对能源的有效利用不利，也对安全可靠的高运转不利。未来的研究非常需要提出一种改善新能源并网的新方法。