风电场、光伏电站集群控制系统应用研究

杨杰

（新疆新华风电开发有限公司，新疆阿勒泰836699）

1 引言

光伏和风电是新能源中的代表性能源，如今已经逐步发展成为我国重要的资源性能源，合理地利用光伏与风电新能源，不仅能满足能源方面的需求，改善我国现有的能源结构，还可以减少对环境造成的污染，对我国生态环境实施全面的保护，以此进一步促进我国经济社会的稳定发展。

2 光伏和风电新能源发展的重要性与发展难点

2.1 风电与光伏新能源发展的重要性

光伏发电与风力发电有一定的关联性。对光伏电站与风电场的集群控制系统技术、运行维护系统、分布式发电和微电网控制技术进行深入的研究，能够实现集群控制技术与并网技术方面的突破，建立更加符合标准要求的风电场发电基地与光伏电站基地的集群控制中心与平台，从而更好地解决新疆地区并网技术与新能源发电方面存在的技术性难题，并促进智能电网行业的长远发展。

2.2 风电与光伏新能源发展存在的难点

对于新能源的开发与利用，实现新能源的集中、大规模并网是促进新能源利用与开发的主要途径和渠道[1]。但是因为太阳能、风能在实际利用与开发时，存在能量密度低、稳定性不足等特点，因此，在对其进行实际的利用和开发时，需要综合考虑此类新型能源产生的变化为整个系统带来的影响。

目前，虽然各种类型的新能源的开发与利用迫在眉睫，但是在风电与光伏新能源的开发与利用方面仍然面临着一些难点：（1）因为风电与光伏新能源具有非常强的间歇性、随机性以及波动性，其自身具有的发电性能还需要进行不断的优化与改善；（2）很难对风电与光伏新能源进行有效的调度、预测以及控制，导致整体的协调性不足，有待调整与提升：（3）风电与光伏新能源具有明显的地域性特征，通常与实际需求表现为逆向分布的情况，一些资源配置问题需要进行更加深一步的解决。以上这3 个方面的问题与难题，可以说是我国新能源利用与开发中所面临的主要难点，如果无法妥善的解决此类问题，则势必会影响新能源的开发与利用效果。

3 风电场、光伏电站集群控制系统的有效应用

3.1 协调分配

按照风电场和光伏电场的特点以及电网运行方式的特征，做好协调分配，确保风电场和光伏电场内的有功功率的控制可以以多模式化的方式进行，这样可以更加方便地转换各个模式，最后，按照实际需求完成更换，详细如下：

1）跟踪断面的控制形式：按照风电场和光伏电场断面的控制值和功率实时值具有的偏差，对风电和光伏电进行自动调节，确保可以有效阻止断面功率的，并确保风电和光电可以得到最大程度的利用。

2）跟踪计划控制形式：主要是指按照主站自动下达的命令，确保新能源电厂的跟踪发电计划可以在曲线方式下进行运动。

3)人工控制形式：主要指的是通过人工指令，对功率进行控制，一般条件下，工作人员需结合电网实际的运行状况下发指令，确保其可以维持比较长的时间并不发生变化。

充分、全面地考虑在电网电压无功优化这一过程中用到的各种设备的可控性。其中,主要包括离散控制的变电站电容电抗器、常规水火电厂的连续可调机组无功出力、变压器抽头和间歇性、小容量特征明显的光伏和风电等新型能源发电力，使新能源可以充分发挥可控和可调节能力，利用常规机组无功以及调节动态无功处理使间歇性冲击可以得到更加优化分配与控制。

3.2 区域电压的优化与控制

对光伏、风电新型能源场站具有的运行特点与控制方式进行深入研究，可以考虑建立适合光伏电站、风电场特征和特点的合理控制模型，也可以建立全网无功电压优化数学模型，在控制中，主要指的是对常规水电厂、无功出力和变电站电容电抗器等离散设备的控制，并将光伏电站、风电场中的无功和电压作为可以控制的约束型变量纳入其中，使目标函数可以不断优化，在这其中主要包括无功潮流优化、合格电压、考虑系统控制安全以及减少控制调节量等相关的优化目标。

3.3 安全校正与紧急控制

风电场和光伏电站的安全校正和紧急控制，主要指集群系统的分区控制以及分层次嵌套控制。

在分区控制中，一方面可以将电网的真实断面作为断面;另一方面也可以以调度定义的虚拟断面为断面，主要包括各个风区、全网风电、各光区以及全网光伏等区域的总出力。对电厂内的功率控制模块进行合理利用，可以实现自动化控制，从而更好地对断面具有的偏差按照更好的电场功率分配方法进行合理控制，确保每一个参与整改与调整的电场都可以得到合理的分配，具体如表1 所示。

另一方面，分层次嵌套控制主要指使用新能源电场，对2 个或2 个以上的断面进行有功控制，以此满足每一个断面所要求的安全约束。如果底层断面受到限制，并且全网范围内仍然对风电、光电有接纳空间，利用系统，将断面含有的受限出力，转到整个系统中其他具有送出空间的断面中，以有效地避免放弃风电、光电等情况的发生[2]。与此同时，必须确保每一个断面都可以在安全的限值范围内运行，系统在规定的控制周期内，需要对风电场、光伏电站内发出的指令进行反复、多次的计算，确保风电场、光伏电站发出来的最终指令可以满足断面的安全约束，也可以避免对风电与光电的抛弃，全面提高全网对风电与光电的接纳能力。

表1 分配内容

为了更好地对光伏电站、风电场的集群控制系统进行紧急控制与安全校正，必须要对其运行的特征进行充分考虑，通过灵敏度测试的方法，对即将或者可能发生的数据跳变、结果不收敛等情况进行分析，而后将电压的校正作为基本的目标，从而实现有效控制的目标。同时，为了更好地实现最大程度的动态无功储备，应优化目标函数，强化光伏与风电的发电率以及接纳能力，有效提高控制的稳定性，并改善动态无功储备情况。

4 集群控制系统的软件开发

集群控制系统内的有功协调控制软件主要包括监视控制软件、数据接口以及统计考核3 个功能模块。监控控制软件主要包括协调方面的控制、数据采集、功率分配、断面控制以及人机操作等；数据接口包括负荷预测、风电预测、发电计划以及常规AGC 等模块；对于统计考核模块来说，其主要包括历史查询、机组考核以及操作记录等模块。

5 结语

综上所述，将集群控制系统应用到风电场和发电站中，能够使新能源得到更好的利用与开发，实现自动化控制，对各个场站内的功率进行动态化调节，从而确保各个集群具有的功率可以得到更加充分、合理的应用，并保持稳定的运行状态。