自动电压控制装置在风电场的应用X
孙庆海1,张　琳2
(1.内蒙古呼和浩特白塔国际机场有限责任公司动力能源保障部;2.内蒙古电力勘测设计院,内蒙古呼和浩特　010010) 摘　要:文章主要论述了风电场自动电压控制系统开发的背景、结构组成、方案实施与应用的意义。

关键词:自动电压控制装置;应用
中图分类号:T M761+.12∶TM614　文献标识码:A　文章编号:1006—7981(2012)03—0031—02
1　风电场自动电压控制装置开发的背景
风力发电近年来在国家的大力扶持下获得了巨大的发展,随着风电并网容量的不断增加,由于风能的随机性、间歇性特点以及风机的运行特性,对电网电压稳定性的影响也越来越显著,尤其在大规模风电接入薄弱的末端电网时电压稳定问题更为突出。

风电机组的连接方式、风电的长距离输送以及风电机组无功调节能力差,是风电无功和电压调整困难的主要因素。

当风电小出力运行时,风电场接入系统的线路轻载运行,充电功率较大导致系统电压偏高;当风电大出力运行时,无功损耗增加导致风电场和风电场接入点电压又有较大幅度下降。

风电场有功出力的增加还会导致风电场无功消耗成平方倍的增加。

因此,风电场如果不进行适当的无功补偿,汇集站至风电场升压站的架空线路将会大量传输无功而导致无法满足风电送出要求,同时会增加线路和变压器的损耗。

为解决风电大量入网引起的无功电压问题,电网公司曾多次对风电场的无功动态补偿装置及容量提出要求,但由于目前风电机组和无功动态补偿装置均独立运行,按各自的控制目标和策略进行控制,在调节母线电压方面还未做到协调控制,各自为战,调节效果非常不好,满足不了电网对风电并网点电压波动范围的要求,也会由于无功分布的不合理导致有功损耗的增加。

由于存在上述问题,国家电网公司2009年发布的《风电场接入电网技术规定》明确要求风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力,能够自动快速调整无功总功率。

因此在风电场建设自动电压控制系统,对风机、无功补偿装置、有载调压变压器进行统一协调控制,实现风电场并网点电压和无功功率的自动调控,合理协调和优化风电场无功分布,对保证电网安全稳定运行、提高电压质量、减少有功损耗和提高风电场经济效益具有重要意义。

风电场自动电压控制装置正是在此背景下开发的,是为实现风电场自动电压控制而研制的专用系统和设备。

它与风机监控系统、无功补偿装置、升压站综自系统配合,根据调度中心主站下发的电压控制指令,通过对风机无功功率、无功补偿装置无功功率、有载调压变压器分接头的统一协调控制,实现风电场并网点电压的闭环控制。

2　装置组成
风电场自动电压控制装置采用上、下位机结构,上位机实现核心功能是根据调度下发的电压指令,考虑风电场内各机组和母线的实时数据,结合各种约束条件,分析计算合理分配风电场内各类无功电源的无功出力和主变分接头位置,并根据计算将结果下发至下位机,由下位机输出各类控制信号进行调节,实现调度主站和风电场子站间的自动闭环控制,满足调度端高压母线电压要求。

其他应包括数据存储、数据管理和浏览,以及WEB发布等功能。

下位机可实现数据采集(电气参数、机组状态等)、各类控制信号输出(无功指令信号,有功指令信号(该功能可暂时保留不实现)),报警输出和闭锁等功能。

上、下位机通信采用现场485总线方式,抗干扰能力强,传输距离远。

3　风电场实施方案
3.1　整体方案
风电场的自动电压控制装置,以根据调度下发的母线电压指令为目标,以风场风机机组无功、动态无功补偿装置和主变分头为调节手段,实现整个风电场与调度自动电压控制主站系统的整体闭环调节。

风场内各可控设备以风机无功为优先控制,动态无功补偿装置其次,主变分接头再次。

3.2　装置实施
风电场自动电压控制装置配置主机一台,作为整个系统的分析运算核心,通过风机信息终端接收中调下发的母线电压增量指令、通过升压站监控系统获取系统电气量信息、通过全场风机监控系统获
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　2012年第3期 内蒙古石油化工X收稿日期5
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取全厂风机的各种电气信息,综合计算分析,按照一定的分配策略优先计算出各台风机的无功出力,通过全场风机监控系统发送至各台风机的就地主控系统,由风机就地主控系统调节风机变频器,达到风机的无功出力目标。

当风机无功出力无法满足调度的对母线电压需求时,自动电压控制装置再考虑动态无功补偿装置一次设备,补偿整个风场无功,最后通过界面给出主变分头调节提示,提示运行人员调节主变分头。

风电场自动电压控制装置主机同时作为系统实时数据服务器和WEB服务器,后台机放置在运行值班台,通过网络线与系统主机相连,实现远程监视功能。

3.3　控制模式
远方控制:接受调度端主站指令,进行闭环控制。

本地控制:根据电压曲线或零无功交换等策略,进行本地控制。

3.4　控制目标
高压母线控制目标:以高压母线电压作为控制目标。

总无功控制目标:以主变高压侧无功作为控制目标。

4　自动电压控制装置与各系统接口
4.1　与调度端主站接口
调度端自动电压控制主站与风场内自动电压控制装置设备通过调度数据网实现通信,接收和上传相关信息。

遥调:高压母线电压指令(增量)。

遥信:自动电压控制主站远方/本地控制;自动电压控制主站投入/退出;自动电压控制主站增/减闭锁;自动电压控制主站各类状态。

遥测:无功可调容量;无功上限;无功下限。

4.2　与风电场当地监控系统接口
风场自动电压控制装置所需实时数据可以通过与风电场当地监控系统接口通信方式采集,主要数据包括:
遥测:高压侧母线电压;低压侧母线电压;主变高压侧有功;主变高压侧无功。

遥信:无功补偿装置一次设备状态;高压断路器和隔离开关位置;主变分接头状态;风机投运状态。

4.3　与无功补偿装置接口
无功指令输出,无功补偿装置状态。

　与风机监控系统接口
各台风机的机端电气量和风机运行并网状态,下发各台风机的控制目标指令。

5　风电场配置自动电压控制装置的意义
5.1　由于大规模风电接入电网,对系统无功和电压平衡的影响越来越显著。

风电机组的运行特性、连接方式、风电的长距离输送,导致风电场无功和电压调整困难。

5.2　风电场小出力运行:风电场接入系统的线路轻载运行,充电功率较大导致系统电压偏高。

5.3　风电场大出力运行:无功损耗增加导致风电场和风电场接入点电压又有较大幅度下降。

5.4　风电场有功出力的增加导致风电场无功消耗成平方倍的增加,汇集站至变电站的架空线路将会大量传输无功而导致无法满足风电送出要求,同时会增加线路和变压器的损耗。

5.5　目前风电机组和动态无功补偿装置均独立运行,按各自的控制目标和策略进行控制,在调节母线电压方面还未做到协调控制,各自为战,调节效果非常不好,满足不了电网对风电并网点电压波动范围的要求,也会由于无功分布的不合理导致有功损耗的增加。

5.6　在风电场建设自动电压控制装置,对动态无功补偿装置、风力发电机、有载调压变压器进行统一协调控制,实现并网点电压和无功功率的自动调控,合理协调和优化无功分布,对保证电网安全稳定运行、提高电压质量、减少有功损耗和提高风电场经济效益具有重要意义。

5.7　风电机组控制技术的发展,尤其是变速恒频双馈技术、直驱永磁技术的采用,大大提高了风电机组有功功率和无功功率的控制能力,为实现风电场无功电压的优化控制提供了有力的技术手段。

5.8　大多数风电场安装的动态无功补偿装置,能够提供快速和大容量的无功电压支撑能力。

5.9　动态无功补偿装置、风力发电机一般均可以开放通信接口和通信规约实现无功功率控制。

6　结论
风电场自动电压控制装置充分发挥了场内原已运行的动态无功补偿装置、升压站监控系统、风机服务器、风机信息终端的功能,通过合理分配各风机及动态无功补偿装置的无功功率,提高了电网安全性和风机、动态无功补偿装置设备的稳定性,同时改善了高压侧母线电压的质量,对母线电压的控制更加精确且变化趋于平稳消除了人为因数引起的误调节,减少了运行值班人员的工作量。

[参考文献]
[]　王建电力管理信息系统的设计与实现[]电力系统自动化,
[]　贺尹自动电压控制教材,
32内蒙古石油化工 2012年第3期　
4.4
/1.J.
2010.
2.2010.。