摘要：随着风电机组装机容量的增加，风电机组对电网的安全稳定运行与系统调峰带来了新的挑战，要求风电机组集群的功率控制精度以及调节相应速度要有进一步的提升，以满足电网对系统调度运行的需要。本文中重点探讨风电机组群有功控制精度提升。
1 引用规范
GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》
Q/GDW 11273-2014《风电有功功率自动控制技术规范》
Q/GDW 392-2009《风电场接入电网技术规定》
2 风电场功率控制系统结构
风电集群控制主站（AGC）是实现集群分层协调控制的关键环节。主动控制功能包括风力集群的有功功率调度和风电场的信息收集。风电信息采集模块实现场站和风电机组集群管辖范围内的运行数据的采集和上传，集成风机单机的状态量、遥测量、风机集电线路的有功、无功值的矢量值，以及调度主站下发指令的传递和调节值的反馈，呈现风电集群作为一个整体到集群主站，为智能调度提供了依据。风电集群调度模块包括集群指令执行反馈和实时优化调节，对获取的调度指令进行内部优化分配，通过功率控制模块将调度指令进行分配下发至风电集群控制能量管理平台，然后通过能量管理平台将控制目标分解下发至单台风机，并保持一个调节周期内的机组功率值能接近调度下发的指令值，以保证风电机组有功调节的精度。
随着风电控制技术的进步，风电场提高了对有功功率调节指令的响应精度，缩短了响应时间，可以参与5分钟或者1分钟的实时调度。随着调节精度的提高以及风电机组控制成熟度的提高，风电机组在机组的控制精度方面有力进一步的提升，但是对于装机容量规模较大，风机机型较为复杂的场站来说，风电场集群整体有功功率的控制难度依然很高，这其中也包括了部分场站存在限电情况下的风机有功功率控制的随即性。为满足电网系统的有功控制需要以及调峰需求，场站有功指令的变化对风电机组的有功调节的精度以及相应的及时性都提出了更高的性能要求。
风电机组有功控制方式主要为根据电网的调度指令，采用风机功率变频控制和桨叶调整的方式对风电场的有功出力进行在线动态调整。风电场有功控制平台接收到调度主站的有功指令后，解析后将目标值进行分配下发至风电机组有功控制能量管理平台，能量管理平台通过协议交互数据对风机的有功进行优化分配，并且惊醒反馈闭环控制，平台通过前置有功控制服务器采集变电站数据，并由有功控制服务器进行与电网的数据交互。
能量管理平台总体结构图如下图所示：
风电场能量管理平台系统实现电力系统调度及风电场中控室对风电场运行控制，包括风电场急停控制、风电场有功出力上限控制。平台具备有功的调节功能，根据调度中心的调度指令，限制整个风电场的有功出力，将整个风场的功率稳定在计划值附近。负荷控制速度、负荷控制精度满足调度要求。
3 风电集群有功功率控制系统精度提升分析
以某一风电场为模型讨论有功控制精度的提升方案，改风电场装置25WM,风电场分三期开发建设，三期配置三种不同型号的风电机组。AGC控制策略需要添加三套能量管理平台有功调节上限，例如一期能量管理平台有功上限为100.5MW，二期能量管理平台有功上限为100.5MW，三期有功上限为49.5MW。在场站的有功控制调节过程中出现不同机型有功调节策略不同导致的机组有功调节响应速度不一致问题，进而造成场站总有功功率值在目标值上下大范围波动的情况，影响了场站的整体有功控制的精度，以及有效的调节速度。
3.1原因分析如下
（1）不同型号的机组在有功控制的策略上存在差异，这其中包括有功控制逻辑的不同，调节相应的时间不同。
（2）不同机型作为一个独立的控制群，在以场站有功控制主站下发的有功目标值为目标进行跟踪调节，因不同集群响应的速度与精度的差异，将导致有功控制主站的在再计算再优化再分配调节，这样易造成不同风机群的有功控制反复调节，难以再调节周期内达到稳定调节的运行状态。
（3）对于不同机组的有功控制的策略不同，对于双馈异步机组而言，有功功率的调节需要进行叶片的变桨调节，这就导致风机有功功率的调节的时间不同，叶片在迎风的条件下，顺桨和回桨的速率不同将直接影响到有功功率调节的过程时间，而影响到同型号机组以及整个场站风电机组集群的整体有功控制精度。
（4）场站有功控制平台调节周期的设置与调度主站调节周期的不一致性，也会造成场站整体有功控制精度的下降。
3.2提升控制精度的措施分析
（1）AGC子站调节精度及调节速率测试，测试风机及场站能量管理平台跟踪调节速率与调节精度，测试风机能量管理平台的调节时间与跟踪精度，满足调节要求。调节速率满足不低于AGC调整一次周期的要求。
（2）确认AGC调节目标是送出线路出口有功值，核实与调度主站端统计有功值取点一致。
（3）测试场站端AGC调节策略，测试3套能量管理平台的指令分解、优化及调节的相应速度与调节精度。正向调整时：根据实时有功及主站下发的指令比较后得出需要调节的有功值，AGC根据能量管理平台的可发有功上限进行优化调节，可优化同型号机组进行优化调节。负向调整时：根据实时有功及主站下发的指令比较后得出需要调节的有功值，AGC根据能量管理平台的可发有功上限优化调节。
（4）计算风机集控系统提供的发电能力上限值误差较大，AGC系统根据各集控系统提供的发电能力进行功率分配时，增加根据控制响应情况修正集控系统发电能力的功能。
（5）修改控制启动条件，解决控制周期与调度指令周期不匹配导致的功率不稳定问题。可参照没有新调度指令时，按设定的控制周期定时启动计算与控制；有新调度指令时，如果正在等待上次控制响应，待上次控制响应结束后，再按新指令启动计算与控制；有新调度指令时，如果上次控制响应已经结束，立刻按新指令启动计算与控制。
4 结论
可通过跟踪场站能量管理平台度对不不同型号风电机组集群控制的响应时间与调节精度的测试，在核对主站子站统计点一致的条件下，计算各种机型机组在同一工况下下的调节相应时间，根据风电机组机组可增可减有功值的能力，进行比例分配，并反馈闭环调节。在考虑不同型号机组在同一工况下的调节差异，可优先统一型号的机组进行比例调节，并根据调剂情况进行进一步优化，并考虑调节补偿系数的分配和调整，以提高风电集群有功控制的进精度。
参考文献：
[1]冯利民,范国英,郑太一,李群英,李育发,王绍然.吉林电网风电调度自动化系统设计[J].电力系统自动化，2011(11).
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[3]王阳,李晓虎,许士光,赵杰,胡仁芝,肖柱.大型集群风电有功智能控制系统监控软件设计[J].电力系统自动化,2010(24).
论文作者:周君恒
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
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