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摘要：对风电场AVC子站建设过程中暴露的问题进行阐述分析，从AVC子站安全配置、控制策略、风机无功调节能力的确定、SVG控制方式等现状进行总结，提出相关的优化措施及建议。
关键词：风电场；AVC子站；无功；电压控制
0引言
随着风电系统规模的扩大和新风电场的不断投运，风电及其接入对电网的影响逐步显露出来，如并网点的电能质量问题、风机和风电场的低电压穿越问题、风电场接入点的电压调整问题以及大规模的风能集中送出引起电网的暂态和动态稳定问题等[1]。结合风电场控制的特点，提高风电场调度自动化控制水平，建设风电场AVC子站控制系统，从而提高无功配置设备的利用率，提高电网的电压稳定水平，保证电网的稳定经济运行有着十分重要的现实意义。本文对风电场AVC子站在建设过程中暴露的问题进行阐述分析，并提出相应的优化措施及方法。
1风电场AVC子站基本原理
风电场AVC子站系统根据调度AVC主站下发的电压或无功指令，动态调节站内风机/监控风机逆变器、SVG等设备，达到实时跟踪调度电压或无功指令的目的，从而实现AVC功能。实时采集并处理风电场内各系统运行信息并实时上送调度侧AVC主站所需的AVC子站运行信息，让风电场处于可控可调状态。
2风电场AVC子站建设现状及分析
2.1 AVC配置方面
风电场建设AVC子站时未严格执行相关规范标准，硬件设备或系统未冗余配置，重要控制用测点未冗余配置。在新建AVC子站初期，未充分考虑AVC系统扩容、接入问题，因与AVC子站系统通信交互对象多，包含风机能量管理平台、SVG、综合自动化系统，较大型风电场经常采用不同风机能量管理平台、SVG厂家型号，通信和接口方式各异，导致通信配置混乱，AVC系统同各控制对象的数据传输时间各异，一定程度影响AVC调节性能，同时增加了运行人员的运行维护难度。
从配置上来说，在厂家及选型上应尽量选择与风电场综自系统同一厂家及平台，让AVC子站可与综自系统共享重要测量数据，从而减少中间通信环节，从架构上尽可能缩短固有的控制周期，提高AVC对电压的调节性能。
AVC子站系统数据存储功能不完善，应能存储采集的数据点并能形成历史数据库，并用于绘制趋势曲线和形成报表。事件记录功能、AVC子站投退、告警、闭锁、人员操作等形成的事件记录应存入历史数据库，并提供人机界面进行查询，而且应确保与全场统一对时。
2.2 AVC控制方式及策略方面
1）风机和SVG优先控制顺序
规范《DL/T1707-2017电网自动电压控制运行技术导则》中要求风电场AVC子站的电压调节控制策略应优先利用风电机组无功调节能力，静止型动态无功补偿（发生）装置在正常情况下应具备合理的无功动态储备[2]。
目前主流风电场AVC子站系统控制策略大部分采用风机机组无功调节优先，当风机机组无功调节越无功可调裕量时，SVG继续调节，SVG保留一定动态无功储备裕度。我国早期建设的风电场大多数是定速笼型异步发电机，这种发电机向电网提供有功的同时，要从电网上吸收大量无功，而且吸收无功的大小并不能控制[3]，目前大型变速恒频风电机组主要以双馈异步发电机和永磁直驱式同步发电机为主，这两种机型采用电力电子技术，有功和无功可以独立控制，因而具有一定的无功调节能力。
另外从无功调节响应速度来看，SVG优于风机机组，有的风电场基于自身立场，因装设的风力发电机机型较老，提出优先调节SVG无功，风机仅提供部分无功能力的控制方式，因此AVC子站系统建设时，应根据风电场实际建设情况，选择合理的优先控制方式，风电场也应尽量利用风机的无功调节能力。
2）风机无功可调范围的确定
在不投入AVC子站系统前，对于由双馈异步发电机或永磁直驱式同步发电机组成的风电场，当风速较小时，送出风功率很低时，风电场的无功呈容性；风速较高时，送出功率很大时，风电场的无功呈感性。DFIG随着有功出力增加，无功调控能力范围逐渐减小，并且由于定子发出和吸收的无功能力是不对称的，DFIG吸收系统感性无功的能力超过了向其发出感性无功的能力[4]。在风电场重载运行时，有功出力较大，线路及变压器流过的电流较大，风电场内部消耗的总无功功率要大于对地电容产生的无功功率，这时风电场作为无功负荷从系统吸收无功功率，可能使得风电场出口母线及内部节点的电压降低[5]。
AVC子站系统建成后，具有一定无功调节能力的双馈风力发电机或永磁直驱式风力发电机组接收AVC子站或能量管理平台下发无功分配指令进行无功控制调节。AVC子站要对风电场进行无功控制，首先要确定单台风电机组的无功调节能力，进而确定整个风电厂的无功调节范围，以便对风电场无功进行合理的分配。
双馈电机的无功功率主要受三个方面限制：定子电流的限制，转子电流的限制，稳定性的限制。
①定子电流的限制
②转子电流的限制
③稳定性的限制
由上述三式确定了双馈式发电机定子侧无功功率的稳定区域的极限范围。如图1所示。
图1双馈式发电机定子侧的无功范围
部分风机厂家采用平均分配策略，而机组无功调节范围有的厂家简单采用
来进行计算，无功调节能力的判断未结合风机自身工况，从DFIG无功调节范围来说是不合理的。同样，在风电场AVC子站侧也缺少相关方面的考虑，在投入AVC后，也会因为上述原因，跟随调度主站下发的母线电压控制目标，一味调节无功，导致风机机组机端电压异常从而出现脱网。
因此，各台风机控制器应能根据风机机组自身运行数据计算机组无功发生能力范围，AVC子站在综合计算无功调节能力时，应对风机机端电压和母线电压的预估判断，不应调节而导致电压异常。AVC子站向风机能量管理平台或风机下发无功调节指令，如AVC子站系统不能实现对单台机组进行控制，风机能量管理平台分配无功指令也应在发电机无功安全可调运行范围内。
2）缺少风机并网安全性保护
风电场AVC子站建设中，大部分AVC子站系统逻辑未包含风机的并网安全性保护条件，很大程度侧重于满足电网侧的要求，对风电场侧风机及站内设备电压运行安全仅通过主变低压侧35kV运行范围进行限制闭锁，主要有两点原因：
一是受限于目前主流AVC子站系统配置方式，AVC子站系统通过风机能量管理平台和风机数据进行交互，风机能量管理平台未能将反映风机运行工况大部分数据提供给AVC子站，AVC未通过采集风机主要运行工况数据从而对风机进行闭锁性安全保护。
二是在风电场内部组成的微网系统中，无功潮流变化复杂，集电线路距离长短不一，风机机端电压存在较大差异，也因AVC系统无法做到单控风机无功，所以无法做到针对单台风机或某条集电线路进行差异性的安全性保护。
因此，可以在AVC子站系统采集中增加机组机端电压等重要运行数据，若出现机端电压临近越限，可执行校正控制，如AVC子站不能实现，可在能量管理平台或风机控制器侧增加相关判断逻辑进行控制保护。
3）SVG控制方式不完善
SVG作为一种静止无功补偿设备，通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧电网同频率的输出电压，根据自动调节连续输出无功功率，具有响应快、补偿功能多样化、谐波电流含量少等特点，因此被广泛应用于风电场的无功电压控制。在正常情况下，AVC子站充分利用风机无功调节能力对电压进行调节，当风机无功调节能力不足时，才考虑SVG调节无功，而在电网故障暂态情况下，SVG可以自主动作，快速调节无功使电压恢复到正常水平。在稳态正常情况下，SVG应在增减无功双方向预留合理的动态无功储备，以便在电网异常变化时，可快速动作进行调节，对电压形成支撑。
上述是投入AVC后合理的SVG控制策略，目前国内大部分厂家生产的SVG通常具有以下几种控制模式：无功手动控制、恒无功控制、恒电压控制、恒功率因数控制、无功电压控制。当SVG参与AVC系统调节时，应选择无功电压控制模式，对电压和无功进行综合调节，实现在电压合理区间的无功平衡。当系统电压满足运行或保护的要求的前提下，接收AVC系统下发的无功指令，以无功为控制目标；当系统电压超出运行或保护的要求范围时，SVG以调整电压为先，优先保证系统电压不超标。无功电压控制模式控制框图如图2。
图2无功电压控制框图
有的风电场投产较早，早期生产的SVG不具备无功电压综合控制模式，以早期思源电气生产的SVG为例，仅具有恒功率因数、恒无功、电压稳定及负荷补偿四种运行方式，不具备投入AVC子站系统后对电压和无功的控制策略要求。因此有必要对不具备无功电压综合控制模式的SVG进行升级改造，从而实现AVC系统在稳态情况下正常无功调节，同时在故障时提供暂态情况下的支撑。
3总结
风电场AVC系统是改善电网电压水平、优化系统运行较为有效和经济的途径之一，AVC子站系统的建设也越来越受到重视，通过阐述分析风电场AVC子站系统建设中存在的问题及现状，完善系统安全运行、事件记录、查询统计、历史趋势等功能，采用冗余配置增强风电场AVC子站系统的安全运行可靠性。风电场AVC子站系统对风电场的电压控制是微电网区域的控制，区别于常规发电厂的母线电压控制，结合风电场风机和SVG实际情况，合理制定控制策略，在确保风机和厂用设备安全的前提下，不仅考虑发电风机机组安全并网限制，最大程度发挥风机无功调节能力，跟随调度主站下发的对风电场高压母线电压控制目标，同时要维持场内无功平衡与无功的合理流动，并提供一定的动态无功储备裕度。
参考文献
[1]陈亮，范卫国.风电场无功综合控制策略.电气制造.2013(06)：32-35.
[2]DL/T1707-2017电网自动电压控制运行技术导则，60059-2017.
[3]温步瀛，陈冲.风电场并网运行的无功补偿优化问题[J].电力自动化设备，28（5）：117-123.
[4]聂宏展，李帅.风电场无功电压控制研究.沈阳建筑大学学报（自然学科版）2095-1922（2014）02-0379-06.
[5]赵利刚，孔祥玉.综合利用SVG和风力发电机的风电场无功控制策略.2012-01-16:40-49.
论文作者:杨增方,舒艳杰,刘升,奚发泽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/24
标签：风机论文; 电压论文; 风电场论文; 系统论文; 电网论文; 能力论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第23期论文;