风电场综合控制系统解析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：设计风电场综合控制系统的目的，就是实现并网规定的有关要求，使风电场参与系统的功率平衡、无功/电压等控制。风电场综合控制系统的结构如图6-10所示。在正常情况下，根据风电场的输出功率，电网对某些调频电厂的自动发电控制装置进行调整，保持系统的功率平衡。

在风电大规模发展的今天，风电作为电源的一种，风电场即具有了与电网协调控制、保证电力系统正常运行的责任。中国和世界许多国家的电网运营商都制定了风电并网技术导则，针对各国的风电场并网涉及的一些共性问题，如功率控制、无功电压控制等，各并网技术规定都提出了一些要求^[8]。设计风电场综合控制系统的目的，就是实现并网规定的有关要求，使风电场参与系统的功率平衡、无功/电压等控制。风电场综合控制系统可根据调度的指令和风电场并网点的信号，调节风电场的无功补偿设备及风电机组本身的控制系统，实现整个风电场优化控制^[9]。

与传统发电厂不同，大型风电场由大量分散布置的风电机组组成，由于风电场内尾流效应的影响，风电机组的输入风速不同，导致风电机组运行工况存在差异；且这些机组在空间上具有一定的分散性，风电机组发出的无功功率经集电线路和变压器送出，会增大风电场内的功率损耗并影响风电场内电压分布。因此，需要从时间和空间尺度上进行综合考虑，研究大型风电场的综合控制技术^[10]。

本文所提双馈风电场综合控制的基本思路是，以风电场在线实时监测数据为基础，根据上级调度下达的风电场并网点电压控制指令，综合考虑风电场内风电机组的输入风速和风电机组的排列布置，通过对风电机组和风电场的联合控制，优化风电场运行。风电场综合控制系统的结构如图6-10所示。

图6-10 风电场综合控制系统的结构

风电场综合控制系统的输入信号有调度指令、风速、风向、并网点的有功功率、无功功率、电压等，控制目标为保持风电场的有功、无功、电压等在合理范围内变化。在正常情况下，根据风电场的输出功率，电网对某些调频电厂的自动发电控制装置进行调整，保持系统的功率平衡。紧急情况下，调度中心根据电网的运行状况向风电场下达指令，对风电场的有功功率和无功功率提出要求。风电场根据风速、风向等信息确定风电场的功率输出，并根据第4章中建立的风电场尾流模型计算出风电场内每台风电机组的输入风速，向各风电机组下达指令。双馈变速风电机组根据接收到的指令，通过桨距角调节风电机组输出的有功功率来调节风电场输出功率，并通过变流器控制系统进行无功调节，参与系统无功电压调整。根据风电机组型号、输入风速和排列布置等因素，可分以下几个类型对风电机组进行控制：

1）如果风电场中风电机组型号相同，并且处于相同的运行状态，则整个风电场的特性就与单机特性基本一致，各台风电机组可以采用相同的控制策略。

2）如果风电场中风电机组型号相同，但是输入风速不同，则根据第4章的风电机组分组方法，按风电场中风电机组排列位置和风速状况，把风电机组划分为若干机群，同一机群可以采用相同的控制策略。

3）如果风电场内风电机组型号不同，则需要根据风电机组型号进行分组，然后再根据前面1）和2）的情况对每种型号风电机组分别设计控制策略。

合理的控制策略不但能保证风电机组最大程度地、安全地捕获风能，同时也能充分发挥风电机组的无功调节能力，使风电机组群参与电网的无功调节，平衡无功扰动，提高风电场接入系统的稳定性，实现全网优化运行。

通过对大型风电场接入高压系统的无功电压分析可知，单纯利用风电场的无功调节能力来支撑电网电压是很难实现的，同样，要求电网支撑风电场不同运行方式下的电压也是不可行的。因此，风电场接入后需要采取风电场与系统电压协调控制措施来实现电网和风电场的安全稳定运行。

风电场综合控制系统解析

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