基于统一SCADA平台下风电场负荷控制设计

基于统一SCADA平台下风电场负荷控制设计
【摘要】风能已经成为全球可再生能源中最重要的形式。

风力发电场通常都是地处边远地区，为了确保风电场安全稳定的运行，迫切需要风力以及发电方面的信息进行有效及时的规范化管理和性能完善的自动监控系统。

本文针对当前围场风电装机情况，提出并设计了风电场统一SCADA系统框架及整体架构，系统能够涵盖当前风电场监控系统，变电站SCADA系统，测风塔系统，风功率预测系统，风电场有功控制和无功补偿系统等，并在该系统下实现风电场的负荷控制。

【关键词】风电场；SCADA；负荷控制
Design of Wind Electric Load Control in Wind Power Farm Base on SCADA
REN Guo-qing YANG Ming-yu
（North China Electric Power University，Baoding Hebei，071003，China）【Abstract】Wind power has become the most important global renewable energy. Wind farms are usually located in remote areas，in order to ensure the safe and stable operation of wind farm，We needs information effectively and timely system to improve the performance of automatic monitoring and control system. The article is aimed at current wind power in Wei Chang，We designed unified SCADA system framework and the overall architecture. The system covers the current wind farm monitoring system，substation SCADA system，wind tower system，wind power prediction system，wind farm active control and reactive power compensation system，and the wind electric load control is realized in the system.
【Key words】Wind power；SCADA；Load control
0 引言
风能已经成为全球可再生能源中最重要的形式。

风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比，风力发电不依赖外部能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有碳排放等环境成本，具有良好的发展前景[1]。

河北围场地区有着良好的风资源，近几年围场风电并网容量也不断增加，但是。

随着风电场接入的增多，大规模的风电运行将给电力系统增加不可控的发电出力，对电力调度产生很大的压力。

统一SCADA平台的建设，整合了风电场级主流系统，在此平台下风电场负荷控制能够确保电网频率稳定，防止输电线路过载。

此外，在风力发电机启动和停机时，有功调节能起到避免电压跳变和减小冲击电流的作用。

1 风电场统一SCADA系统整体框架
风电场场级系统的计算机系统采用B/S结构设置，支持分布式多服务器结构，系统配置3台服务器、一台工程师站及相应的冗余网络设备。

实时数据服务器（并负责与风机系统进行通讯）、应用服务器（性能计算、报警、统计、报表等）和历史数据服务器。

1）实时数据服务器负责采集、处理、管理数据源（风机数据、升压站、测风塔、电能采集系统等）实时数据，并为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。

实时数据存放在实时数据库中。

实时数据服务器中运行相关应用程序，完成与数据源的通信链接、协议转换、网络管理等任务。

2）应用服务器主要完成对实时数据进行分类、统计、报警、性能指标计算、分析、发布等任务。

应用服务器网络冗余配置。

3）历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据。

历史数据服务器提供开放软件接口和标准物理接口，以满足用户数据分析、转储等应用需求。

2 风电场统一SCADA系统软件设计架构
系统采用B/S架构，从底层到上层分为通讯层、数据层、应用层。

通讯层负责与风机控制器、变电站综合自动化系统、测风塔数据系统进行数据通讯，获得相应的风电场场级数据，并将数据存储在实时/历史数据库中。

风电场场级数据从实时数据库中获得并在人机界面上进行实时的同步显示，或经过分析计算模块将数据进行统计计算生成计算报表及一些统计电量信息并实时显示。

数据显示区域即子画面显示区域，包括风机基本信息：包括风机编号、风机类型、风机状态、风速、有功功率、偏航位置、日发电量、总发电量、可利用率、控制按钮、曲线、当前报警以及工艺部件子画面系统（发电机、变桨系统、机舱、齿轮箱、偏航系统、电控系统、温度信息等部件子画面）。

3 风机功率曲线与负荷控制
标准空气密度下（Q=1.225kg/m3）下，风电机组输出功率与风速关系曲线称为风电机组标准功率曲线。

在特定的安装地点下，风电机组输出曲线与风速的关系曲线称为风电机组实际输出功率曲线。

图3为风机的标准功率曲线与实际功率曲线对比。

将风电机组纳入区域电网的有功调度与控制框架，应采取基于风电功率预测的发电计划跟踪为主，风电机组直接参与调频为辅（简称“为辅助调频”）的控制原则。

与传统的有功调度模式相比，风电接入后新增的主要功能有：短期与超短期风电功率预测。

短期风电功率预测主要用于安排日前和日内计划，超短期风电功率预测则主要用于编制实时调度计划。

风电场AGC负责将区域电网制订的发电计划分解至风电机组，通过改变桨距角限制功率输出、启停风电机组等一系列手段实现跟踪控制。

与常规发电机组类似，风电场AGC执行效果可通过响应精度、响应时间等指标进行评估。

辅助调频控制。

风电机组功率输出特性决定了其有功出力随着风力的变化而变化，因此风电机组参与电网调频的能力非常有限，一般仅作为常规机组AGC的辅助调节手段，在紧急情况下贡献出有限的调节能力风电机组参与辅助调频的方式为降出力调节，即放弃部分风能。

这就要求风力发电机组始终保留一定的裕度，以备在常规机组调频能力不足时提供临时性支援。

值得一提的是，风电机组参与调频是以牺牲经济性为代价，电网原则上还是要优先调节常规发电机组[6]。

下图为风电机组调度与框架图。

如图所示，风电机组的短期和超短期功率预测通过调度AGC系统下发到风电场的每台风力发电机组，通过风力发电机组的变桨距调节，从而控制风机的输出有功。

4 结论
风力发电的并网和负荷控制是当前研究的难点问题。

文章从河北围场地区风力发电的实际情况出发，以风电产业信息化和运行规程为根本的契合点，设计并提出了建设风电场统一SCADA系统，并在风电场统一SCADA系统整体框架下实现了风电场的负荷控制。

该系统已经在河北围场地区的风电场得以实施，得到很好的运行效果。

【参考文献】
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[4]关宏亮，迟永宁，王伟胜，等.双馈变速风电机组频率控制的仿真研究[J]. 电力系统自动化，2007，31（7）.
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[6]适应大规模风电接入的互联电网有功调度与控制方案[J].电力系统自动化，2010，34（17）：37-41.。