大型集群风电有功智能控制系统控制策略_二_风火电_打捆_外送协调控制

大型集群风电有功智能控制系统控制策略（二）风火电“打捆”外送协调控制陈振寰１，陈永华２，行　舟１，崔　刚１，伏岁林１，张柏林１（１．甘肃电力调度通信中心，甘肃省兰州市７３００５０；２．国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司，江苏省南京市２１０００３）摘要：根据风火电“打捆”外送的特点，基于优先利用风能资源、提高通道利用率的原则，提出了风火电“打捆”外送的有功控制策略。

介绍了与传统自动发电控制（ＡＧＣ）控制目标的区别与配合、风电与火电的协调控制方法、火电调节量的计算方法，以及各火电厂之间及火电厂内部的分配方法等。

该策略在甘肃电网经过实际应用，取得了较好的应用效果，证明了其可行性。

关键词：风电系统；控制策略；协调控制；超前控制；校正控制收稿日期：２０１０－０９－３０；修回日期：２０１１－０７－０３。

０　引言中国风能开发主要集中在风能资源丰富的“三北”地区，这些地区受电力负荷水平低、系统规模小、风电就地消纳规模不足的限制，大规模风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳，风电年利用小时数低，单独远距离传输经济性差，同时传输线路上的功率频繁波动不利于系统的安全稳定运行［１］。

考虑到风能资源丰富的地区同时也是煤炭资源较丰富的地区，若采取风电、火电“打捆”外送，并对风电、火电的有功功率进行协调控制，能有效减小线路功率的波动，有利于系统的安全稳定，同时明显降低受端电网的供电成本。

文献［２］提出了含风电系统的有功调度与控制的２层结构，通过对系统内常规机组出力的调度和控制来弥补风电出力的波动；文献［３－４］提出了水电与火电的协调控制；文献［５－６］提出了稳定断面潮流越限的预防和校正控制方法；文献［７］提出了在风电场内不同风电机组之间实现自动发电控制（ＡＧＣ）的方法；文献［８］提出了考虑电网约束的风电有功控制方法。

上述研究对有功控制的发展起到了积极作用，但还需从风火电“打捆”外送的有功协调控制的角度开展进一步的研究。

风火电“打捆”外送的有功控制需要解决以下主要问题：控制风火电“打捆”外送断面不超过稳定限额，风速较大时，只调节火电出力不能满足送出断面稳定要求，必须调节风电出力；优先利用风能资源且提高通道利用率，火电出力９６点计划根据日前风电功率预测及负荷预测计算得出，当风电实际出力与预测功率偏差超过规定值时，需要提升或降低火电出力。

解决上述问题的关键是风火电控制的分工协调、与传统ＡＧＣ控制目标的区别与配合，以及调节量的计算及分配。

本文针对上述问题，提出了考虑风电控制的风火电“打捆”外送有功协调控制策略。

１　与传统ＡＧＣ控制目标的区别与配合传统ＡＧＣ的目标是控制省级联络线交换功率和系统频率在规定范围内，而风火电“打捆”外送协调控制的目标是控制“打捆”外送断面不超过稳定限额、减小线路功率波动、优先利用风能资源，以及充分利用输电通道。

显然，两者的控制目标不同，但由于风火电“打捆”外送协调控制的目标是以充分利用输电通道为目的，所以可将控制区域内的所有风电和火电看做一个整体，根据风电出力变化调整火电出力变化，从而减小控制区域内发电机组的总出力变化，也减小了省级联络线潮流变化，使其与传统ＡＧＣ的控制目标趋于一致。

因此，在实际运行中，风火电协调控制可以减小风火电“打捆”外送断面的功率波动，在多数情况下，与ＡＧＣ对机组的控制方向一致，有利于降低风电出力波动带来的ＡＧＣ调节压力。

２　风火电协调控制方法风火电“打捆”外送有功控制的一个主要目标是控制“打捆”外送断面不超过稳定限额，若只控制火电，由于火电最小技术出力的限制，火电调节量有限，在风速较大时，难以满足断面调节需求。

另外，在风速增长过程中，风电出力的整体变化率可能大—２１—第３５卷　第２１期２０１１年１１月１０日于参与调节的火电机组出力的整体变化率，这样可能导致在风速较大阶段风火电“打捆”外送断面超限额运行。

因此，风电也必须参与调节，实际控制时风电应采取超前控制，根据风火电“打捆”外送断面裕度，结合各风电场风资源的时空差异进行控制，火电采取校正控制，根据风火电“打捆”外送断面裕度，结合风电预期变化量和各火电厂情况进行控制，如图１所示。

图１　风火电“打捆”外送协调控制框图Ｆｉｇ．１　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ对于风电的控制可利用文献［８］中提出的按各控制断面潮流裕度自动调整控制模式进行控制，在此主要阐述对于火电的控制。

３　火电控制方法火电控制通过设定风火电“打捆”外送断面裕度上、下限来启动。

若断面裕度低于设定的下限值，则需降低火电出力，若断面裕度高于设定的上限值，则需提升火电出力，如图２所示。

图２　火电控制流程Ｆｉｇ．２　Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ 若上下限定值设置不当或调节量不当，则外加风电出力和负荷的变化均有可能造成火电出力不必要的上下调节，因此断面裕度上下限之间要留有合适的区间，区间过小易造成火电频繁调节，区间过大则风火电“打捆”外送通道难以充分利用。

另外，断面裕度下限的设定与断面稳定限额之间也要留有合适的区间，区间过大则风火电“打捆”外送通道难以充分利用，区间过小则断面抗意外风险能力降低。

在风速增加阶段，断面潮流达到稳定限额前，先达到调节火电限值，此时火电开始下降，提前让出通道给风电，但若风电功率持续增加，且增加速率快于火电下降速率时，即使火电功率提前下降，断面潮流还是会达到稳定限额，到达稳定限额后，由于对风电进行了控制，断面潮流不会超过稳定限额。

３．１　调节量的计算方法若风火电“打捆”外送断面裕度大于设定的上限或小于设定的下限时，需调节火电，调节量ΔＰＧ＿ｎｅｅｄ可用下式表示：ΔＰＧ＿ｎｅｅｄ＝ＰＬｆ－ＰＬｆ＿ｃｕｒ－λΔＰｗ（１）式中：ＰＬｆ为断面控制的目标值；ＰＬｆ＿ｃｕｒ为当前断面潮流；ΔＰｗ为下个时段的风电预计变化量；λ为风电变化量的参与系数。

ΔＰＧ＿ｎｅｅｄ为正，代表需要提升火电出力，为负则代表需要降低火电出力。

为避免风电预计变化量对火电调控方向的影响，当前断面裕度小于设定的下限时，根据式（１）计算得出的ΔＰＧ＿ｎｅｅｄ若大于０，则取０，当前断面裕度大于设定的上限时，若ΔＰＧ＿ｎｅｅｄ小于０，则取０。

若没有对风电进行有功控制，可直接用下个时段风电功率预测值减去风电当前出力得到ΔＰｗ；若风电参与有功控制，对不同的风电有功控制方法，ΔＰｗ的计算方法不同。

若采取文献［８］中提出的最大出力控制方法，则有ΔＰｗ＝ｍｉｎ（Ｐａｐｐｌｙ，Ｐｆ）（２）式中：Ｐａｐｐｌｙ为所有申请量为正的风电场的计划总和减去出力总和；Ｐｆ为风电计划总和减去风电当前出力总和。

若风电控制采取文献［８］中提出的出力跟踪控制方法，则ΔＰｗ等于Ｐｆ。

λ由人工设定，取值范围为０～１．０，可根据实际ΔＰｗ的准确程度来调整。

３．２　各电厂之间的分配计算出火电调节量后，综合各火电厂对风火电“打捆”外送断面的灵敏度信息及各火电厂下个时段的调节能力，计算分配各火电厂的控制量。

—３１—·绿色电力自动化·　陈振寰，等　大型集群风电有功智能控制系统控制策略：（二）风火电“打捆”外送协调控制为使电厂机组的负荷优化分配方式更为合理，调度中心站下发至电厂的调节指令是针对全厂的负荷指令，再由部署在电厂的有功控制装置按照经济性、快速性、调节频度等分配原则将指令合理地分配到各机组，实现机组的安全、稳定和经济运行。

３．３　电厂内部的分配火电厂接收到调度中心站下发的全厂总出力指令后，根据机组的升、降出力分配比例系数进行分配，然后校核是否超出每台机组设置的经济分配上下限。

若有超出，则将超出部分先分给未超过经济分配限值的，都达到经济分配限值后，再将多余部分均分，然后校核是否有超单机ＡＧＣ限值，若有超过限值的部分，则将超过部分再分给未超出的机组。

为适应火电厂实际运行需求，机组升、降出力分配比例可在电厂操作ＰＣ上由电厂运行人员根据实际机组运行情况在线调整。

为提高机组是否可调节信息的可靠性，除由分布式控制系统（ＤＣＳ）提供机组是否可调信息外，在电厂操作ＰＣ上，设置每台机组的手动／自动按钮，由电厂运行人员根据机组实际运行情况进行人工干预，设置为自动时表示该机组可调，设置为手动时机组不可调。

在计算分配时，只有ＤＣＳ和人工干预结果都认为某机组可调节时，才调节该机组。

有功控制装置与机组ＤＣＳ接口，提供机组的负荷指令，接口类型为４～２０ｍＡ电流信息。

４～２０ｍＡ代表的机组出力分别在有功控制装置及ＤＣＳ中设定，两者必须保持一致，４ｍＡ代表的机组出力要低于机组调节下限，２０ｍＡ代表的机组出力要高于机组调节上限。

为避免机组由不可调变为可调后，有功控制装置输出至机组ＤＣＳ的模拟量不确定，机组不可调时，有功控制装置的模拟量输出要自动跟踪机组当前出力。

火电机组一次调频始终优先，当系统频率变化后，机组一次调频动作，改变机组出力，当系统频率正常后，继续执行风火电协调控制指令。

·广告·图３　日２８８点出力曲线Ｆｉｇ．３　Ｄａｉｌｙ　２８８－ｐｏｉｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｕｒｖｅ５　结语本文提出了风火电“打捆”外送的有功协调控制策略。

通过在甘肃某３３０ｋＶ外送电网的实际应用，证明该策略能有效控制风火电“打捆”外送断面潮流不超过稳定限额，提高了通道利用率，且有利于风能资源的充分利用。

随着国内风火电“打捆”外送格局的逐步形成，该控制策略对于风火电“打捆”外送的有功协调控制具有借鉴意义。

—４１—２０１１，３５（２１）参考文献［１］白建华，辛颂旭，贾德香，等．中国风电开发消纳及输送相关重大问题研究［Ｊ］．电网与清洁能源，２０１０，２６（１）：１４－１７．ＢＡＩ　Ｊｉａｎｈｕａ，ＸＩＮ　Ｓｏｎｇｘｕ，ＪＩＡ　Ｄｅｘｉａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｍａｊｏｒｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ，２０１０，２６（１）：１４－１７．［２］陈宁，于继来．基于电气剖分信息的风电系统有功调度与控制［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２８（１６）：５１－５８．ＣＨＥＮ　Ｎｉｎｇ，ＹＵ　Ｊｉｌａｉ．Ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈ　ａｎｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｄｉｓｓｅｃｔｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＥＥ，２００８，２８（１６）：５１－５８．［３］孙素琴，滕贤亮，戴飞，等．河南电网ＡＧＣ水火电联调试验研究［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（６）：９９－１０２．ＳＵＮ　Ｓｕｑｉｎ，ＴＥＮＧ　Ｘｉａｎｌｉａｎｇ，ＤＡＩ　Ｆｅｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｈｙｄｒｏ　ｕｎｉｔｓ　ａｎｄｔｈｅｒｍａｌ　ｕｎｉｔｓ　ｉｎ　Ｈｅｎａｎ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（６）：９９－１０２．［４］滕贤亮，高宗和，张小白，等．有功调度超前控制和在线水火电协调控制策略［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（２２）：１６－２０．ＴＥＮＧ　Ｘｉａｎｌｉａｎｇ，ＧＡＯ　Ｚｏｎｇｈｅ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏｂａｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｌｏｏｋ－ａｈｅａｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｏｎｌｉｎｅｈｙｄｒｏ－ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（２２）：１６－２０．［５］赵建宁，徐武祥，杨强．基于ＡＧＣ的稳定断面潮流控制的设计与实现［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（２２）：８５－８８．ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎｎｉｎｇ，ＸＵ　Ｗｕｘｉａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｉｅ　ｌｉｎｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００６，３０（２２）：８５－８８．［６］张小白，高宗和，钱玉妹，等．用ＡＧＣ实现稳定断面越限的预防和校正控制［Ｊ］．电网技术，２００５，２９（１９）：５５－５９．ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏｂａｉ，ＧＡＯ　Ｚｏｎｇｈｅ，ＱＩＡＮ　Ｙｕｍｅｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｒｅｍｅｄｉａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｉｅ　ｌｉｎｅｏｖｅｒｌｏａｄ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（１９）：５５－５９．［７］乔颖，鲁宗相．考虑电网约束的风电场自动有功控制［Ｊ］．电力系统自动化，２００９，３３（２２）：８８－９３．ＱＩＡＯ　Ｙｉｎｇ，ＬＵ　Ｚｏｎｇｘｉａｎｇ．Ｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００９，３３（２２）：８８－９３．［８］行舟，陈永华，陈振寰，等．大型集群风电有功智能控制系统控制策略：（一）风电场之间的协调控制［Ｊ］．电力系统自动化，２０１１，３５（２０）：２０－２３．ＸＩＮＧ　Ｚｈｏｕ，ＣＨＥＮ　Ｙｏｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮ　Ｚｈｅｎｈｕａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ａｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒｌａｒｇｅ　ｃｌｕｓｔｅｒ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ　Ｐａｒｔ　ｏｎｅ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１１，３５（２０）：２０－２３．［９］李雪明，行舟，陈振寰，等．大型集群风电有功智能控制系统设计［Ｊ］．电力系统自动化，２０１０，３４（１７）：５９－６３．ＬＩ　Ｘｕｅｍｉｎｇ，ＸＩＮＧ　Ｚｈｏｕ，ＣＨＥＮ　Ｚｈｅｎｈｕａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｃｌｕｓｔｅｒｓ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｃｔｉｖｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１０，３４（１７）：５９－６３．陈振寰（１９７３—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电网调度及运行管理。