新能源并网功率智能控制系统的设计与应用 邹范岗

新能源并网功率智能控制系统的设计与应用邹范岗
发表时间：2019-07-15T15:45:15.857Z 来源：《当代电力文化》2019年第05期作者：邹范岗
[导读] 新能源参与调峰控制时，跟踪火电机组负备用并考虑机组调节速率，同时实时监视区域控制偏差，
国网青海省电力公司海西供电公司青海格尔木 816000
摘要：新能源参与调峰控制时，跟踪火电机组负备用并考虑机组调节速率，同时实时监视区域控制偏差，一旦出现异常则及时调整正在执行的指令，保障自动发电控制考核指标满足要求；综合新能源电站的发电能力、装机容量及电网接纳空间确定控制序列并动态更新，在最大化利用接纳空间的同时实现资源优先与兼顾公平的站间控制。

结合青海电网实例，证明了系统在保障电网安全稳定运行、提升新能源消纳及促进新能源电站公平调度方面的有效性。

关键词：新能源；功率控制；灵敏度；区域控制偏差；自动调峰；资源优先
引言
综合能源系统是结合分布式供能与冷热电联供技术的综合供能系统。

典型的综合能源系统可包括可再生能源（太阳能光伏、风能、小水电等）、小型燃气轮机（或内燃发电机组）、余热锅炉、吸收式制冷机、蓄电池、蓄热蓄冷装置等。

随着能源革命的逐步推进，分布式清洁发电、电能替代一次能源的消耗、天然气的合理利用将发挥决定性的作用。

以能源高效、梯级利用为设计理念的综合能源系统，在发电的同时提供冷、热（采暖、生活热水）量的综合系统，具有能源消耗低、发电可控性高、经济性好等绝对优越性，是分布式供能系统中应用前景最为广阔，最具实用性和发展活力的技术最主流的应用。

综合能源系统作为新型清洁能源综合利用系统，结构复杂多变，且受能源价格、应用场合、技术设备、地理位置、政策法规等诸多因素影响。

在过去的３０多年时间内，国内外许多科研人员和相关机构在综合能源系统优化运行调度等多个方向开展了大量的研究工作。

目前较多的优化调度控制系统还在试点示范阶段，主要关注系统的经济性和节能性。

系统配置多样、集成方案多样，加之相关调度控制系统的研究还多停留在理论研究层面，使得直接可借鉴的成熟应用较少。

1控制系统总体介绍
1.1控制目标
与现有新能源并网功率控制类系统相比，本系统同样以新能源最大化发电为目标，但在控制模型和约束条件中重点考虑以下问题。

１）保障输电断面安全。

以在线灵敏度为依据开展简单树状嵌套断面、复杂环网嵌套断面以及各类临时运行方式下的风火协调、新能源站间协调控制，提高系统适应性与控制精度。

２）保证电网调峰约束。

协调常规机组实现新能源优先发电，同时兼顾区域控制偏差的变化对新能源功率进行动态调整，不影响电网ＡＧＣ考核指标。

1.2功能架构
新能源并网功率智能控制系统由外部信息综合处理子系统、新能源实时控制子系统、运行分析评价子系统３部分组成，如图１所示。

图１新能源并网功率智能控制系统总体架构
外部信息综合处理子系统汇集电网实时运行工况、设备模型参数、风光功率预测、水火电发电计划、新能源电站中长期电量交易目标、现货及辅助服务市场出清结果等信息，进行数据融合、统一处理与信息挖掘，为实时控制提供数据源。

新能源实时控制子系统是整个控制系统的核心部分，采用常态定周期与紧急情况自动加快周期相结合的方式，在线计算新能源接纳能力并协调火电机组与新能源电站、新能源电站之间的发电能力给出控制指令，保障新能源优先发电、最大化发电。

运行分析评价子系统开展多时间尺度的信息采集与结构化存储，统计控制对象性能指标、电量执行情况、限电与弃风量等，为各级调控中心、新能源电站业主以及其他监督机构提供信息发布与综合评价服务，并为其他调度业务提供支撑。

2适应复杂断面结构的风火协调控制
2.1新能源电站在线灵敏度计算
当出现环网等更加复杂的断面结构时，离线灵敏度配置十分繁琐且不能适应电网运行方式的变化。

因此，必须研究新能源电站在线灵敏度的计算方法。

目前，新能源电站参与在线状态估计的程度较低。

通常，经２２０ｋＶ及以上电压等级线路／变压器直接并网的新能源电站会作为独立厂站建模，而其他新能源电站则被等值为负荷或变压器终端。

对此，本系统中结合新能源电站的离线并网网络模型与调度侧在线状态估计模型，通过增设新能源电站与在线状态估计设备关联关系，用状态估计设备的灵敏度代替或折算出新能源电站灵敏度。

2.2断面约束下的风火协调控制
将断面运行状态分为安全区、预警区、紧急区，各区间定义及风火协调策略如下。

１）断面潮流小于预警限时为安全区，此时新能源保持自由发电状态，火电机组按发电计划运行。

２）断面潮流大于预警限且小于紧急限时为预警区，此时系统启动控制。

由于断面未实际越限，且火电机组可能存在下调空间，因此系统给出的新能源电站指令相对其出力会有一定上浮，不会实际限电，但不允许其出力超过指令；同时要求火电机组逐步下调出力。

３）断面潮流大于紧急限时为紧急区，此时根据断面越限程度降低新能源出力，火电机组保持最小
出力运行。

当断面由紧急区恢复至预警区时，新能源电站指令逐步增加，高于当前出力。

当断面潮流低于预警限且持续时间超过指定值时，本轮断面控制解除，各场站进入自由发电状态。

3考虑区域控制偏差的新能源自动调峰
3.1各能源出力计算及预测
综合能源系统中的风电、太阳能光伏、水电等可再生类能源，具有随机性变化的特点，对整个综合能源系统具有随机和不确定性的影响。

统计计算风力发电、太阳能光伏以及其他发电系统的出力，形成各类能源出力预测，提高可再生能源的消纳率，将大大提升整个能源的经济效益和能源运行的利润最大化。

3.2需求侧用能统计及预测
实时记录记录各用户用能负荷，形成包括居民用户、轻工业用户、重工业用户、商业用户及其他用户的负荷基础数据。

在此基础上对用户进行分类，识别各用户的各种需求侧资源，定量分析预测期内各类用户各种需求对负荷的影响效果，准确预测特定供电时间、特定供电范围的负荷情况。

3.3系统调试
系统调试中，首先将太阳能电池板、控制器、蓄电池、负载等连接起来，由于主要强调能源的控制性能，所以在试验中负载没有直接连接液滴装置，采用LED灯替代进行测试，测试结果是太阳能控制器各指示等显示正常工作，然后在正常的运行状态下，负载正常工作。

为了突出该系统的优越性，实验过程中我们另外加接了手机充电电路，即给负载供电的同时还能为手机充电，实现多应用的功能。

3.4根据实时发电能力动态更新控制序列
由于等效负载率高的场站占用了低者的发电空间，因此，当需要降低新能源出力时，优先选择这部分场站。

具体为：根据场站等效负载率从高到低排序，按照“最小过控”原则，排序在前的场站指令降低，使其等效负载率与排序次之的场站一致。

如此逐个向下滚动，直至出力降低总量首次等于或超过新能源出力需降总量，停止计算。

结语
综上所述，系统实现了新能源电站灵敏度在线计算，可根据实际运行方式自动筛选断面控制对象；准确计算场站／机组的功率控制量，快速消除断面越限；断面裕度恢复时又能及时增加新能源电站指令，减小限电量；开展新能源自动调峰时，一方面根据电网负备用裕度及火电机组调节速率确定新能源功率调整量，另一方面根据区域控制偏差对指令及时干预和调整，不影响甚至可改善ＡＧＣ考核指标；资源优先与兼顾公平的分配策略在实时调控层面通过站间精细控制提升新能源总体接纳水平，在长时间尺度层面则促进了发电量公平、利用小时数公平。

参考文献
［1］周强，汪宁渤，冉亮，等．中国新能源弃风弃光原因分析及前景探究［J］．中国电力，
［2］姚良忠，朱凌志，周明，等．高比例可再生能源电力系统的协同优化运行技术展望［J］．电力系统自动化，２０１７，４１（９）：３６－４３．。