3 大型并网风力发电场并网对系统影响仿真分析
3.1 概述
由风力发电场的自身特性可知，风电场的输出功率会随着短期或长期的风速变化而不断地变化，这种功率波动对于电网电压及系统频率的影响会随着风电比例的提高而加剧。在风电比例较高的电网，这种风电场输出功率的变化及系统负荷的变化，使得电网稳定运行的问题成为一个主要的问题。
若电网具有足够的备用容量和调节能力，一般不会考虑风电场并网运行所引起的频率稳定性问题。但是，若系统中风电容量很大，风电带来的频率偏移和稳定性问题就需要认真研究解决。
风力发电场并网后，电力系统的运行方式应做出相应的调整和优化，否则系统的动态响应能力将不足以跟踪风电场输出功率的大幅度和高频率的波动，系统的电能质量和动态稳定性将受到显著的影响。
对大型风电场并网运行所造成的系统电能质量和动态稳定性问题进行分析，是十分必要的。目前，尚没有一种普遍适用于风电系统分析的专业软件。本文采用一种惯用的方法，应用电力系统分析综合程序（PSASP）的用户接口，结合风电模型，模拟仿真风电场并网运行后的情形。
3.2 仿真实验系统
仿真试验采用IEEE(New England) 39节点系统，应用电力系统分析综合程序（PSASP）对含大型并网风力发电场的电力系统运行进行了动态仿真。算例系统中，风电场通过节点8接入系统，系统主接线如图3.1所示。系统中除风电场外其他发电厂总装机容量为7050 MW，系统最大负荷为6097MW。假设风电场额定容量为300MW，约占系统最大负荷的5%。
图3.1 算例IEEE(New England) 39节点系统主接线图
IEEE(New England) 39节点系统主要参数见附录1。
3.3 仿真内容及结果
仿真分析的主要内容是，在不同的风况下，以及在不同的运行方式下，风电场输出功率的变化对系统正常运行所造成的影响。这种影响包括系统中各发电机组输出功率的变化，系统频率的变化，主要节点电压的变化。
选取几种典型的、对系统影响最严重的运行方式作仿真。本文考虑的四种方式为：阵风情况下风电场正常运行，风电场由于故障与电网解列，风电场输出功率短时间内从零升至额定功率，风电场输出功率短时间内从额定功率降至零。
3.3.1 阵风情况下风电场对系统运行的影响
在阵风情况下，风电场的输出功率,系统电压频率变化如图3.2所示。
(a) (b)
图3.2.1 阵风时风电场的输出功率
由于风电场输出功率的变动，系统风电场接入节点8的电压变化如图3.2.2。
(c) (d)
图3.2 阵风时风电场输出功率及系统电压频率变化 (a)风电场输出功率，(b)风电场接入系统节点8的电压变化
(c) 阵风时系统中常规发电机31的转速变化
(d) 阵风时系统常规发电机31输出功率的变化
在阵风情况下，风电场的输出功率随着风速急速地上升下降而上升下降，系统的节点电压和系统频率也相应的快速上升下降。在风电场输出功率急速变化的同时，系统中的常规发电机组的有功输出也随之快速变动，以补偿平衡系统。 3.3.2 风电场由于故障与电网解列
在故障情况下，风电场与电网解列，风电场的输出功率降为零，如图3.3。
(a) (b)
(c) (d)
图3.3 故障时风电场的输出功率及系统电压频率变化 (a)风电场输出功率，(b)风电场接入系统节点8的电压变化
(c) 故障时系统中常规发电机31的转速变化
(d) 故障时系统常规发电机31输出功率的变化
在风电场因故障而与系统解列的情况下，由于系统突然失去一个电源，使得系统中负荷过多，导致风电场接入点的节点电压迅速下降，同时常规发电厂的发电机转速也迅速跌落，此时通过发电机的调节控制，使得其输出有功增加，同时转速回升。
3.3.3 风电场短时间内输出功率激增对系统运行的影响
在风电场输出功率短时间内激增的情况下，风电场的输出功率如图3.4所示。
(a) (b)
(c) (d)
图3.4 风电场输出功率短时间内迅速上升变化及系统电压频率变化
(a)风电场输出功率，(b)风电场接入系统节点8的电压变化
(c) 故障时系统中常规发电机31的转速变化
(d) 故障时系统常规发电机31输出功率的变化
风电场的输出功率在短时间内迅速上升，使得系统中输入的功率要大于负荷，这将导致风电场接入点的节点电压迅速上升，同时常规发电机的转速会上升，发电机的输出功率下降。
3.3.4 风电场短时间内输出功率速降对系统运行的影响
在风电场输出功率短时间内速降的情况下，风电场的输出功率如图3.5所示。
(a) (b)
(c) (d)
图3.5风电场输出功率短时间内迅速下降变化及系统电压频率变化
(a)风电场输出功率，(b)风电场接入系统节点8的电压变化
(c) 故障时系统中常规发电机31的转速变化
(d) 故障时系统常规发电机31输出功率的变化
风电场的输出功率在短时间内迅速下降，在5秒钟之内，输出功率由300MW 降至0。对于整个系统来说，注入系统的总功率要小于负荷，这将导致风电场接入点的节点电压迅速下降，同时常规发电机的转速会下降，发电机的输出功率增加。
3.4 结论
本文采用电力系统分析综合程序（PSASP），以IEEE（NEW ENGLAND）39节点系统为例，通过仿真，分析大型并网风电场并网对系统正常运行造成的影响。通过仿真结果可以得到下述结论：
（1） 通过分析仿真结果，可以看出系统节点电压和系统频率将会随着风电场输出功率的变化而波动，波动的幅度会随着风电场容量的增加
而加剧。
（2） 通过分析仿真结果可以看出，风电场对系统运行造成的主要影响是，风电场并网运行引起的系统频率波动。
4 风电场穿透功率极限计算
4.1 简述
近年来，随着我国风力发电事业的不断发展，新建风电场的规模越来越大。大型风电场并网运行，将会对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响，且风电场容量越大，对系统的影响也越大。为了确保系统的正常运行，有必要对系统中风电场的容量作一定的限制。
从上一章的分析可知，随着风电在系统中的比例越来越高，风电场并网运行会带来许多问题，其中包括系统节点电压、系统频率的波动和偏差，还有系统安全稳定性受到的影响。对于风电比率较高的电网，为了保障系统的安全运行，系统必须要有充足的备用，这必将会降低系统的经济性。
风能是一种可再生能源，为了能在保障系统经济安全运行的前提下，尽可能地利用风能，必须求解在满足一定的稳定约束条件下电力系统所能接受的风电场最大容量，风电场的穿透功率极限。
风电场穿透功率极限是指，系统在正常运行的前提下所能接受的风电场最大装机容量与系统最大负荷容量的比值[29，30]。
系统的风电场穿透功率极限计算一直是人们非常关心的课题。以往的研究表明，影响风电场穿透功率极限的因素很多，这些因素包括系统运行的稳定性、经济性和可靠性的约束，此外还有系统的运行方式、系统的旋转备用、风能资源及风电场分布、常规机组出力限制等。
由于风电场穿透功率极限计算牵涉的因素较多，目前尚没有一个统一适用的算法和公式。比较常用的一种方法是，应用动态仿真，检验系统在几种典型的运行方式下，在某种风电比率下，系统的安全稳定性，进而求得系统可以接受的最大风电装机容量，算出风电场穿透功率极限。
本章将采用电力系统分析综合程序（PSASP）对风电系统进行动态仿真，按照系统允许的稳定运行指标，以IEEE（NEW ENGLAND）39节点为例，计算风电场穿透功率极限。通过选取不同的风电场接入系统节点，比较分析计算结果。
4.2 风电场穿透功率极限定义
在风力发电场并网运行后，由于风电功率的注入，系统中常规发电机组的出力将会产生变化，由于风电功率是一种不断变化的量，系统中的常规发电机组必须随着风电功率的变化而不断地进行调节和补偿，使系统维持在一定的平衡状态。在风电系统的运行过程中，系统各电气量会相应地发生改变。由于风电场容量的增加会导致系统中如节点电压、系统频率等的暂态量变化的加大，当风电场容量占系统容量的比例达到一定水平时，系统中某些电气量指标会超出允许范围，且系统可能失去稳定。为了能够反映系统所能接受的风电场输出功率的最大能力，我们对风电场
黑龙江公司研发基于WAMS系统风电调峰控制系统 加强风电场有功功率控制 发布时间：2010-04-20 点击次数： 黑龙江公司在6座风电场完成WAMS系统风电调峰控制系统改进和完善，并成功进行了远方控制风电场有功功率试验。据了解，黑龙江公司根据国家电网公司《风电场接入电网技术规定》，在4月19日召开的风电控制技术研讨会上提出了有关风电机组频率保护、电压保护、低电压穿越、风电场有功功率控制、电能质量监测、无功补偿装置的技术要求，而WAMS系统风电调峰控制系统即针对其中的风电场有功功率控制的实际应用。 《风电场接入电网技术规定》中要求风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出，为了实现对有功功率的控制，风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。 2008年黑龙江公司通讯调度中心研究开发了基于WAMS系统风电调峰控制系统，通过WAMS和EMS系统获取风电、水电、火电机组出力、联络线运行计划、线路潮流电压等电网运行信息，按照调峰量公平公正分配、风电电量损失最小、风电机组无损伤控制三个原则对风电场实施调峰控制。该系统通过在风电场PMU装置增设控制单元，实时接收省调风电调峰控制主站下发的调峰控制指令，从而智能判断风场的运行工况，并将最终的风机控制指令通过协议传递给风电场本地后台监控系统，利用监控系统完成风机控制动作。这种控制方式需要风机生产厂家开放后台监控系统控制协议，并对监控系统进行改进，目前华锐风电公司、金风科技公司配合黑龙江公司已经在6座风电场完成监控系统改进，并成功进行了远方控制风电场有功功率试验。 为充分发挥黑龙江电网风电调峰控制系统作用，解决人工调度的控制不精确、调整速率慢、工作量大等问题，各风电场、风机生产厂家与黑龙江公司密切配合，逐步完善后台监控系统控制协议开放和改进工作，实现风电场功率优化控制功能。（桑学勇）信息来源：黑龙江省电力公司 EMS - Environment Monitoring System环境监测系统
双馈电机风电场无功功率分析及控制策略Reactive Power Analysis and Control of Doubly Fed Induction Generator Wind Farm 哈尔滨工业大学电气工程系徐殿国，郎永强，张学广，马洪飞，Hadianmrei S.R Email: xudiang@https://www.doczj.com/doc/0d10490036.html, 摘要﹕提出一种双馈电机风力发电系统无功极限的计算方法，该方法以双馈电机风电系统的功率关系为基础，考虑了网侧变换器在其功率允许范围内的无功发生能力，系统动态无功极限为定子与网侧变换器的无功极限之和。对双馈电机风电场在强电网无功调节中的应用进行了探讨，提出双馈电机风电场对当地用户进行就近无功补偿的策略，并给出相应的无功分配策略，包括风电场各风机之间以及单台风电机组定子和网侧变换器之间的无功分配原则。双馈电机风电场在实现变速恒频优化运行的同时，充分发挥了风电机组和整个风电场的无功处理能力，使其参与所连电网的无功调节。 Abstract: A method is proposed to calculate the reactive power limit of DFIG (doubly fed induction generator) wind power generation system based on the power relationships of overall system. Considering the reactive power capacity of the grid side converter, total reactive power includes reactive power of both stator and the converter. Reactive power regulation application of DFIG wind farm in the grid has been studied. A reactive power compensation strategy for the local user using DFIG wind farm has been developed and the distribution algorithms of reactive power demand are given which includes that for distribution among DFIG wind power systems in the farm and that for distribution between stator and the grid side converter in one generation unit. With VSCF (variable speed and constant frequency) optimum operation of each generation unit, DFIG wind farm contributes to the reactive power regulation in the grid at its full reactive power capacity. 关键词﹕风力发电；双馈电机；变速恒频；无功功率极限；无功补偿 Keywords: wind power generation system; doubly fed induction generator; variable speed and constant frequency; reactive power limit; reactive power compensation 1引言 随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风力发电机与电网之间的相互影响越来越大。为了保证并网后电网和风电机组的运行效率、安全性和稳定性，风电机组与电网之间的控制问题显得尤为重要[1]。交流励磁双馈电机变速恒频风力发电技术是目前最有前景的风力发电技术之一，已成为国内、外该领域研究的热点。此方案最大的优点是减小了功率变换器的容量，降低了成本[2-4]，且可以实现有功、无功的独立灵活控制[5-8]。 通过控制电网中的无功功率可以对电网电压进行调整[9-10]。由双馈电机风电机组组成的风电场作为重要的无功源，应该在稳定电网电压和补偿无功方面发挥应有的作用。稳定电网电压的方法很多，通过控制中枢点的电压就是其中之一。但要求可控无功功率较大，一般适合大型双馈电机风电场连接弱电网的情况。当双馈电机风电场连接强电网时，由于其发出或吸收无功能力的限制，不能独立承担电网电压的调整。为了发挥其无功功率的调节能力，可以使其参与所连电网的无功调节，缓解电网的无功压力。利用双馈电机风电场发出或吸收无功功率可以对当地无功消耗用户起到就近补偿的作用。通过对双馈电机风电场无功发生能力的分析，选择所连电网中某一节点进行无功控制，可以对该点之后连接的所有用户消耗的无功进行动态补偿。 2双馈电机风电场的功率分析 2.1双馈电机风力发电系统的功率关系 在双馈电机变速恒频风力发电方案中，定子直接接入电网，转子通过交—直—交(AC-DC-AC)变换器与电网相连。交—直—交(AC-DC-AC)变换器由两个背靠背连接的电压型PWM变换器构成：靠近双馈电机转子一侧的称为转子侧变换器，靠近电网一侧的称为网侧变换器。网侧变换器一般运行在高功率因数整流模式，为转子侧变换器提供恒定的直流母线电压；转子侧变换器通过控制转子电流电压，实现双馈电机的变速恒频运行。双馈电机变速恒频风力发电系统功率关系如图1所示。 转子侧变换器 r r 图1 双馈电机变速恒频风力发电系统功率关系 Fig. 1 Power relationships of DFIG variable speed constant frequency wind power system 图中，P mec为风力机输入的机械功率；P s、Q s 为定子发出的有功功率和无功功率；P c、Q c
科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT＆ECONOMY2011年第21卷第14期 承德地处河北省东北部，风力资源条件优越，风电场地区负荷较小，有大量电力盈余，需考虑外送至负荷中心。但大规模风电外送，会对电网运行和控制带来影响，因此必须对风电资源进行研究、设计与规划。 1风电场分布 目前承德境内规划的风电场集中在围场满族蒙古族自治县、丰宁县和平泉县，其中以围场县地区风能资源最为丰富，规划总容量3288MW。2010年底，220kV汇枫、祥风、长风风电场升压站并入220kV御道口开闭站，普发风电场升压站并入木兰220kV站；110kV红松、淞杉风电场升压站经山湾子、围场110 kV站至隆城220kV站并网，10kV泽枫风电场升压站接入汇枫220kV升压站至木兰220kV站并网。木兰站汇集的风电出力经隆城220kV站送入主网。 2风电运行情况 2.1风电装机容量比重 滦河电厂装机容量860MW（220kV、660MW，110kV、200 MW），风电场装机容量近1000MW；地方电厂容量221.4MW。 2.2无功补偿 目前风电场无功补偿装置分为定补、有载调压式和SVC自动补偿3种，统计在运及即将投运的风电场11个，其中动态无功补偿装置已满足规定要求的有7个，占比为64％，动态无功补偿设备配置不满足规定要求的风电场有4个，占比为36％。2.3运行情况分析 截至2010年底，承德电网并网风电全部集中在围场坝上地区，最大出力近1000MW，占总装机的80％以上，约占地区用电负荷的40％，最小值接近于0，风电出力波动较大。 现并网运行风机型号有异步电机、双馈异步和直驱同步3种，风电机组启动并网时，需要从系统吸收一定的无功功率，这些无功功率通过升压站的无功补偿设备进行补偿。目前无功补偿大部分为有载调压式自动无功补偿装置和SVC，无功补偿相对及时，电压保持在允许范围内。正常运行时，普通异步风机本身所配置的电容器可自动投切，根据其功率因数进行自动补偿。目前异步风机的功率因数基本在0.98以上，但仍需从系统吸收少量无功功率。 3大容量风电机组接入系统造成的影响 3.1风电场接入系统潮流问题 御道口开闭站所辖汇枫、祥风、长风3个风电场经木御线送至木兰站，最大潮流为400MW，线路的最小载流元件为CT的1250 A（CT具有两个变比：1250/12500/1，目前保护用1250/1），随着御道口站所辖风电的增容，一定程度上制约了风电的送出；普发风电场经木普线送至木兰站；隆木双回风电送出最大潮流697 MW。由于风电出力波动较大，大量有功送入主网对网架结构要求较高；隆木双回、木御线正常方式下风电大发时已接近热稳定极限。随着各个风电场风机按计划陆续投产，隆木双回、木御线重载或过载情况将更为严峻。 3.2对电网稳定和电压的影响 风电场建设初期装机容量不大，对系统影响也不强，但随着风电场装机容量的不断增加，尤其承德属于风电资源丰富地区，大容量的风电机组并网对主网稳定性造成了影响。当主网发生故障时，由于风电场本身的暂态电压稳定性无法保证，通常都采用切除风电机组的措施来保证电网的安全。 由于现有风电机组仍然存在大量异步机组，当异步机组运行时，虽然风电场自带SVC等无功补偿设备，但是从主网中仍然吸收一定无功功率，如果系统不能提供充足的无功，网内相关节点电压会降低。在电网规划没有与风电规划协调发展时，往往电网接纳风电的能力不能适应风电规划的发展，接入的风电场容量受到电网自身条件的限制。运行经验表明大容量机组接入系统后，多次发生风电机组大面积脱网故障，均由于风电出力较大，风电场端电压低造成。 3.3对电网运行指挥及负荷预测的影响 现有对风电机组的调度指挥模式为网调调度风机，管理风 文章编号：1005－6033（2011）14－0166-02收稿日期：2011－04－12大容量风电机组并网运行造成的影响及对策 庞博1，2 （1.华北电力大学，北京，102206；2.承德供电公司，河北承德，067000） 摘要：近年来，国际上风力发电发展迅速，我国紧随国际潮流，大容量风电机组并网运 行得到快速发展。以承德地区为研究对象，对大容量风电机组并网运行造成的影响进行 了分析，并提出了减少影响的对策。 关键词：清洁能源；风力发电；大容量风电机组；并网运行 中图分类号：TM612文献标识码：A 166
2017年度申报专业技术职务任职资格 评审答辩论文 题目：风电场风电机组优化有功功率控制的研究 作者姓名：李亮 单位：中核汇能有限公司 申报职称：高级工程师 专业：电气 二Ο一七年六月十二日
摘要 随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下： (1)对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风力发电机组控制策略、风电场的控制策略。 (2)提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力波动。 (3)优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。 关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC
Abstract With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power dispatch is different from conventional energy sources. And the wind farm is an organic combination for a large number of wind turbines, wind farms under active intelligent distribution layer hair is also included in the grid scheduling section. Based on this, the active allocation and scheduling for grid scheduling side active layer wind farm work, the main work is summarized as follows: (1)Wind turbines and wind farms to expand research, in-depth analysis of the operating characteristics of wind turbines, wind turbine control strategy, control strategies of wind farms. (2)This paper proposes a simple and effective wind power active power allocation algorithm, can reasonable use each unit capacity, according to the optimization of wind farms in active dispatching command, decrease The Times of turbine control system action smooth wind power output fluctuation unit. (3)After optimization of the fan control algorithm, through the practical field data collected will be presented method are compared with those of the existing method, the rationality of the proposed method was verified. Keywords:wind turbine, wind farm, active power control
—————————————————— —基金项目：福建省教育厅科技项目（JA08024）；福建省自然科学基金计划资助项目（2008J0018）。 第27卷第1期2011年1月 电网与清洁能源 Power System and Clean Energy Vol.27No.1 Jan.2011文章编号：1674-3814（2011）01-0060-07 中图分类号：TM614 文献标志码：A 风电场风速及风电功率预测方法研究综述 洪翠，林维明，温步瀛 （福州大学电气工程与自动化学院，福建福州350108） Overview on Prediction Methods of Wind Speed and Wind Power HONG Cui,LIN Wei-ming,WEN Bu-ying （College of Electrical Engineering and Automation ，Fuzhou University ，Fuzhou 350108，Fujian Province,China ） ABSTRACT ：Due to the intermittency of wind energy and the non -linearity of power system,there exist many uncertain variables which should be considered in the wind power prediction.The current prediction methods include the physical method, statistical method, learning method and the comprehensive one combining all the other methods.Based on accurate numerical weather prediction （NWP ）,the physical method is seldom used in the short term prediction,as its model is complicated and deals with large quantities of calculations.The model of the statistical method is simple and requires a small amount of data.It can be applied in those situations where data acquisition is difficult.The AI method is suitable in the random or non —linear system as it does not rely on the accurate mode of the objective.The comprehensive method maximizes favorable factors and minimizes unfavorable ones as contained in above-mentioned methods.This paper presents a brief overview on prediction methods of wind speed and wind power,and raises further issues worth further research on the basis of summarizing the previous studies.KEY WORDS:wind power prediction;statistical methods; learning methods;combinatorial prediction 摘要：由于风能的随机性以及电力系统的非线性等原因，预测风电功率时需要考虑众多的不确定因素影响。 现有预测方法主要包括物理预测方法、统计预测方法以及学习预测方法、综合预测法等。基于数字天气预报（NWP-numerical weather prediction ） 的物理预测方法模型复杂、计算量大，较少用于短期预测；统计预测方法模型简单，数据需求量少， 较适合于数据获取有一定困难的情况；人工智能预测方法不依赖于对象的精确模型，适合于随机非线性系统；综合预测方法可一定程度地扬长避短。本文主要就风电场风速及风电功率预测方法研究进行了综合阐述，并在总结前人研究的基础上提出了一些可进一步研究的问题。 关键词：风电预测；统计方法；学习方法；综合预测 随着全球石化资源储量的日渐匮乏以及低碳、 环保概念的逐步深化，风能等可再生能源的开发与利用日益受到国际社会的重视。2007年初欧盟曾提出，2020年其可再生能源消费将占到全部能源消费的20%，可再生能源发电量将占到全部发电量的30%[1]。风力发电是风能的主要利用方式之一。2009年，全球风电装机总量已达157.9GW ，较上年增加了37.5GW [2]。中国风能资源仅次于美国和俄罗斯，可利用风能资源共计约10亿kW 。近些年来风电在中国获得了飞速发展，2000年至2009年十年时间，中国风电装机容量从0.34GW 增至25.8GW [3]；2020年，预计全国风电总装机容量将达到30GW [1]。除部分采用离网运行方式外[4]，大容量风电机组多数采用并入电网的运行方式。随着规模越来越 大、数量越来越多的风力发电功率注入电网， 风能具有的随机性对电力系统的影响越来越不可忽视。 1风电预测的意义 准确有效地预测出风电场的输出功率不但可 帮助电力系统调度运行人员做出最有效决策， 还
风电功率预测系统功能规范（试行） 前言 为了规范风电调度技术支持系统的研发、建设及应用，特制订风电功率预测系统功能规范。本规范制订时参考了调度自动化系统相关国家标准、行业标准和国家电网公司企业标准。制订过程中多次召集国家电网公司科研和生产单位的专家共同讨论，广泛征求意见。本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、信息要求、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。本规范由国家电网公司国家电力调度通信中心提出并负责解释；本规范主要起草单位：中国电力科学研究院、吉林省电力有限公司。本规范主要起草人：刘纯、裴哲义、王勃、董存、石永刚、范国英、郭雷。 1范围 1.1本规范规定了风电功率预测系统的功能，主要包括预测时间尺度、数据准备、数据采集与处理、功率预测、统计分析、界面要求、安全防护、接口要求及性能指标等。 1.2本规范用于指导电网调度机构和风电场的风电功率预测系统的研发、建设和应用管理。本规定的适用于国家电网公司经营区域内的各级电网调度机构和风电场。 2术语和定义 2.1风电场Wind Farm由一批风电机组或风电机组群组成的发电站。 2.2数值天气预报Numerical Weather Prediction根据大气实际情况，
在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。 2.3风电功率预测Wind Power Forecasting以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率；预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。 2.4短期风电功率预测Short term Wind Power Forecasting未来3天内的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 2.5超短期风电功率预测ultra-short term Wind Power Forecasting 0h~4h的风电输出功率预测，时间分辨率不小于15min。 3数据准备 风电功率预测系统建模使用的数据应包括风电场历史功率数据、历史测风塔数据、历史数值天气预报、风电机组信息、风电机组及风电场运行状态、地形地貌等数据。 3.1风电场历史功率数据风电场的历史功率数据应不少于1a，时间分辨率应不小于5min。 3.2历史测风塔数据a）测风塔位置应在风电场5km范围内；b）应至少包括10m、70m及以上高程的风速和风向以及气温、气压等信息；c）数据的时间分辨率应不小于10min。 3.3历史数值天气预报历史数值天气预报数据应与历史功率数据相
《新能源电站功率控制系统技术规定》 编制说明
目次 1 编制背景 (1) 2 编制原则 (1) 3 与其他标准的关系 (1) 4 主要工作过程 (2) 5 标准结构和内容 (2) 6 标准有关条款的说明 (2)
1 编制背景 在我国，大型新能源电站（风电场及光伏电站）的开发及并网运行多具有以下特点：风能及光照的变化有随机性；大多新能源电站距电力主系统和负荷中心较远，所以一般新能源电站与薄弱的地方电力系统相联；新能源电站运行时向电网送有功功率的同时还要吸收无功功率；原有的地方电力系统的线路按常规设计建设，缺乏电压控制设备和措施等；大规模风电及光伏接入将对电网电压水平、频率水平、电能质量、稳定性、调度运行等带来很大影响。 为了应对大规模风电及光伏的接入，确保接入后的电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性，除了加强相应的电网建设、增加电网的调控手段，并不断改善整个电力系统的电源结构外，还需要对新能源电站参与电网有功及频率控制、电压及无功控制的技术要求做出相应的规定，以期不断提高新能源发电单元（风力发电机组和光伏逆变器）和新能源电站的运行特性，降低大规模风电及光伏接入对电网带来的不利影响。 目前国内已有国家电网公司和南方电网公司相关企标，尚无相关国家标准对其进行规范；随着新能源电站参与电网有功频率调节、电压无功调节的逐步深入，急需编制国家标准对其统一要求。 2 编制原则 标准编制的原则是遵守《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国电力法》、《电网调度管理条例（1993）》（国务院第115号令）等现有相关法律、条例、标准和导则，兼顾电网运行和风电发展的要求。 从系统运行的技术层面考虑，对接入电网的新能源发电单元/新能源电站而言，必须满足电网的技术要求，以确保它们并网运行后不会对输电系统产生不利影响。这些技术要求都是在广泛调研和认真总结我国各网省公司已有新能源电站功率自动控制系统建设情况、技术方案和实施现状的基础上提出，大致包括有功功率控制、频率控制、有功紧急控制、无功电压控制、关键信息交换等方面，在技术路线和功能体系设计上充分考虑了先进性。规范中提出技术要求条款的目的是使新能源电站提供维持系统稳定运行的能力。在某些方面，规范中的技术要求是为了确保新能源电站具备一定的技术能力。 本标准的出发点和基本原则是保障电网及新能源电站的安全、稳定和优质运行，同时尽量使条文具有一定的可操作性，便于理解、引用和实施。 3 与其他标准的关系 本标准的编写主要依据国家、行业有关标准规定编写，重点参考了以下标准文件： GB/T 13729 远动终端设备 GB/T 19582.1 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 GB/T 19963 风电场接入电力系统技术规定
风电场风电机组优化有功功率控制的研究
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2017年度申报专业技术职务任职资格 评审答辩论文 题目：风电场风电机组优化有功功率控制的研究 作者姓名：李亮 单位：中核汇能有限公司 申报职称：高级工程师 专业：电气 二Ο一七年六月十二日
摘要 随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下： (1)对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风 力发电机组控制策略、风电场的控制策略。 (2)提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用 各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系 统动作次数，平滑风电机组出力波动。 (3)优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有 方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。 关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC
Abstract With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power dispatch is different from conventional energy sources. And the wind farm is an organic combination for a large number of wind turbines, wind farms under active intelligent distribution layer hair is also included in the grid scheduling section. Based on this, the active allocation and scheduling for grid scheduling side active layer wind farm work, the main work is summarized as follows: (1)Wind turbines and wind farms to expand research, in-depth analysis of the operating characteristics of wind turbines, wind turbine control strategy, control strategies of wind farms. (2)This paper proposes a simple and effective wind power active power allocation algorithm, can reasonable use each unit capacity, according to the optimization of wind farms in active dispatching command, decrease The Times of turbine control system action smooth wind power output fluctuation unit. (3)After optimization of the fan control algorithm, through the practical field data collected will be presented method are compared with those of the existing method, the rationality of the proposed method was verified. Keywords:wind turbine, wind farm, active power control
风电场有功功率控制综述 发表时间：2019-03-29T16:00:29.617Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：龙玮[导读] 摘要：经济的发展，促进人们对能源需求的增大。 （上海上电电力工程有限公司上海 200090）摘要：经济的发展，促进人们对能源需求的增大。风能作为一种清洁的可再生能源具有取之不尽、用之不竭、环境污染小、投资灵活等诸多优点。风电场的有功功率控制是风电场可控运行的一项关键技术，控制策略的优劣直接影响到风场输出功率的稳定性、快速性、跟随性等各项性能指标，所以发展风电场的有功功率控制技术能够保证更有效地利用风能，也对电力系统的安全、稳定运行起着重要作用。 本文就风电场有功功率控制展开探讨。 关键词：风电场；风电机组；有功功率控制引言 由于风电具有随机性、波动性和反调峰特性，高比例的风电并入电网会对电力系统的稳定性和安全性造成很大的冲击，因此有必要对风电场有功功率输出进行控制，减少风电功率的波动性，提高输出功率的平滑性。 1．风电场有功功率控制原理风电场有功功率控制系统一般主要由风电场功率控制层、机组群控制层、机组控制层组成图，各层功能及控制周期见表1。 表1风电场分层控制 风电场有功控制系统的目的是为了使风电场能够根据调度指令调整其有功功率的输出，在一定程度上表现出与常规电源相似的特性，从而参与系统的有功控制。然而，风电场有功控制能力不等同于风力发电机组控制能力的简单叠加。为此，利用风力发电机群的统计特性，可以采用两种方式实现此目的：一是将风电场有功控制系统分为风电场控制层、各类机群控制层和机组控制层，依次下达调度指令，完成风电场有功功率控制的任务；二是电网调度中心将指令直接下达给风电机组，各机组调节有功出力，实现有功功率的控制。 2．风电场有功功率的控制 2.1最大出力模式 最大出力模式是指当风电场的预测功率小于电网对风电场的调度功率时，风电场处于最大出力状态向电网注入有功功率。最大出力控制模式就是在保证电网安全稳定的前提下，根据电网风电接纳能力计算各风场最大出力上限值，风电场输出功率变化率在满足电网要求的情况下处于自由发电状态。若超出本风电场的上限值时，可根据其他风场空闲程度占用其他风电场的系统资源，以达到出力最大化和风电场之间风资源优化利用的目的。在最大出力模式投入运行时，风电场内的各台达到切入风速但在额定风速以下的风机处于最大功率跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）状态；风电场内处于额定风速以上的各台风电机组运行在满功率发电状态，从而保证风电场的输出功率达到最大值，尽可能提高风能资源的利用效率。 2.2 基于目标函数优化的功率控制 基于目标函数优化的有功功率控制策略，通常先确定目标函数以及约束条件，在此基础上建立多目标优化的风电场模型。在基于目标函数优化的场站级有功功率控制策略中，基于小扰动分析方法分析了限功率运行下风电机组非线性模型的稳定特性，并综合了3个目标，分别是限功率运行状态均衡度、风电场功率目标偏差、总机组启停次数最少，建立了多目标优化模型。以减少风电机组控制系统的动作次数和平滑风电机组的功率输出为目标，通过超短期风功率预测数据确定风电机组出力趋势，来确定风电机组的出力加权系数，从而来优化风电场内有功调度指令，并与传统的固定比例分配算法以及变比例分配算法作比较，说明其控制策略的有效性。 2.3 功率增率控制模式 功率增率控制模式是对风电场输出有功功率的变化率进行限制，使风电场输出的有功功率能够保持一定的稳定性，并且能满足国家电网公司颁布的关于有功功率变化率的相关规定。在功率增率控制模式投入运行时，风电场的输出功率在每个控制周期的变化必须在给定的斜率范围之内，且风电场的整体输出功率应该在满足斜率的前提下尽量跟随风电场的预测功率。风电场的功率增率控制模式可以避免风电场的输出功率变化过于频繁、变化率过大，从而保证功率输出的稳定性。该模式通常与风电场的其他控制模式组合使用，在保证输出功率斜率满足条件下，对风电场的其他方面进行控制。 2.4 分层控制策略 分层控制策略一般将风电场内的控制系统分为若干层，从场站级控制层面到单机控制层面，逐层优化调度指令，从而实现风电场有功功率控制的准确度。在基于风电场场站级的分层控制策略中，综合运用分层递阶控制和模型预测控制方法，提出了一种含大规模风电场的电网有功调度控制方法。以风电场场站级有功控制为研究对象，将控制策略分为群间和群内优化调度2个层面，并提出一种基于遗传算法改进的模糊C均值聚类算法，用于风电场内的机组分群，根据风电机组分群结果和分群调度思想，来实现风电场输出功率可控的目标，但本策略是在假设风电场预测功率准确的情况下进行控制的，并未深入研究风电场预测功率的准确性对调度的影响。风电场内有功调度分为3个层次，分别是场站优化分配层、分群控制层、单机管理层，在分群控制层面，根据风电机组未来有功功率变化趋势以及负荷状态进行机组分类，值得借鉴的是，该系统加入了反馈校正环节，根据风电场实时有功功率的数据反馈，对功率组合预测模型系统进行误差反馈校正，整体提高了有功功率预测的精度。随着装机容量的不断增加，造成风电场存在大量的弃风现象，由此风电场的控制模式发生变化，从传统的MPPT模式向限功率控制模式转变，这对风电场以及风电机组的控制策略提出了更高的设计要求。考虑变速恒频风电机组在不同风速下的功率调节和机械特性，从电气性能，机械性能，运行维护状态3个准则层出发，提出风电场功率调节综合评价指标体系，在此评价体系中，各指标的权重使用熵值法修正的层次分析法来确定，并通过模糊综合评价对机组调节性能进行评分，进而确定调控序列，建立风电场降功率优化分配模型。
浅谈风电场AGC及功率控制技术 天电达坂城风电场张胜文 摘要:介绍了风电场AGC及功率控制技术技术，包括省调开展投入风电AGC系统的背景及意义，风电场侧功率控制系统作用及控制策略等方面内容，以期为风电场AGC及功率控制技术人员提供技术参考。 关键词:风电场；自动发电控制系统（AGC）；能量管理平台 1．概况 1.1 电网对风电AGC开展投入背景及意义 近年来随着风电场的装机比例大幅增多，由于风电出力不确定性造成电网调峰困难更为突出，尤其是风电出力大时联络线的调整变得异常突出，以前以人工电话通知的粗放型调整模式已无法满足目前电网运行调整的需求，为提高电网的安全稳定性以及对风电出力调整的合理性，目前调度通过自动发电控制系统（AGC）来实现风电出力的自动调节。 1.2 风电场功率控制系统概况 根据国家电网公司对风电场接入电网技术文件的技术要求，风电场的有功功率控制必须达到以下功能： 风电场具备有功调节能力，根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。风电场需配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号，确保风电场最大有功功率值及有功功率变化值不超过电网调度部门的给定值。 1.2.1 风电场功率控制系统作用 1)在风速允许的情况下，风电场控制功率在0到额定容量之间根据设定调节； 2)自动调节有功功率：系统能自动控制风电场的有功功率输出，使总有功功率保持在 限定目标值附近，控制误差平均在±10%以内； 3)风电场有功功率自动调节遵循“允许更多风机运行”的控制主策略，采用混合方式 进行功率控制，及风机限功率和停机并存的方式，所有风机采用轮停的方式停机， 可避免风机长时间的停机，对停机超过限定的时间的机组自动重启； 4)系统可与电网调度中心进行连接，接收远程调度的控制指令，根据指令手动或自动 开启功率自动控制功能，进行风电场有功功率智能调节； 5)可设置由于特殊原因不能进行调节操作的机组不停电，也可以根据现场需要优先调 控选定的风机； 6)可以计算风电场的当前的理论有功功率，统计限电条件下的损失功率，并将该值上 传给调度中心； 7)风速预警：系统可以设定某风速值作为预警风速，当风电场任意一台机组的瞬时风 速超过该值时，系统会以语言或屏幕提示信息的形式进行报警，提醒风电场值班人 员引起注意，风电场进入大风状态； 8)功率超限预警：当打开系统的功率超限预警功能后，对风电场设定某个限定负荷值， 风电场实时的有功负荷一旦超过限定值，系统即以语言或屏幕提示信息的形式进行
第32卷第10期电网技术V ol. 32 No.10 2008年5月Power System Technology May 2008 文章编号：1000-3673（2008）10-0050-04 中图分类号：TM614 文献标识码：A 学科代码：470·40 风电场穿透功率极限计算方法综述 廖 萍，李兴源 （四川大学电气信息学院，四川省成都市 610065） A Survey on Calculation Methods of Wind Power Penetration Limit LIAO Ping，LI Xing-yuan （School of Electrical Engineering & Information，Sichuan University，Chengdu 610065，Sichuan Province，China） ABSTRACT: In this paper, present situation of wind power generation is introduced briefly, and the significance of determining wind power penetration limit of wind farm is pointed out. The approaches to calculate wind power penetration limit such as traditional digital simulation, the optimization algorithm with constraints and frequency constraint method, are separately discoursed upon; the advantages and disadvantages of above-mentioned approaches are analyzed. It is proposed that in order to offer thinking for calculation of wind power penetration limit, researches on randomness of wind power, system frequency stability, the value of wind power and the comprehensive application of above-mentioned approaches should be carried out. KEY WORDS: wind power generation；wind power penetration limit；digital simulation；optimization algorithm 摘要：简要介绍了风力发电的现状，指出了确定风电场穿透功率极限的重要性，分别论述了求取风电场穿透功率极限的传统数字仿真法、带约束的优化算法以及频率约束法，并讨论分析了上述方法的优缺点，提出今后可在风电随机性、系统频率稳定、风电价值及上述方法的综合应用等方面展开研究，以期为深入研究风电场穿透功率极限计算提供一些思路。 关键词：风力发电；风电穿透极限；数字仿真；优化算法 0引言 风能是一种可再生无污染的绿色能源，风力发电技术正随着人们对能源和环境问题的关注而得到迅速发展[1]。许多国家都制定了关于可再生能源的未来发展战略，风力发电由于技术成熟和利用效率高而受到较高的重视[2-5]。随着风力发电技术的快速发展和国家在政策上对可再生能源发电的重视， 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50577044)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (NSFC)(50577044)．我国风力发电建设也进入了一个快速发展的时期[6]。然而，风能资源丰富的地区人口稀少，负荷量小，电网结构相对薄弱，风电场的出力又是随机变化的，无法人为控制[7]，因此风电功率的注入改变了电网的潮流分布，对局部电网的稳定运行影响很大[8]。 随着世界上风力发电项目数量的增加和规模的扩大，风电规划中的问题已明显地暴露出来[9]。大型风电场并网运行对电力系统的影响越来越明显，大规模的风电并网运行对系统供电质量和可靠性的影响也受到更多地关注。因此，确定一个风电场的穿透功率极限及其影响因素成为规划设计风电场时迫切需要解决的问题[10]。 由于风电场对系统的影响涉及到了许多方面，分析计算十分复杂，因此至今尚没有统一的求解风电场穿透极限功率的方法。数值仿真方法是在计算机上对风电并网系统可能出现的多种工况进行模拟[11]，通过比较各组数据确定穿透功率极限。带约束的优化方法则是利用优化算法对整个问题进行数学化的求解，最终得到一个确定的值，其不足在于约束条件和优化算法将影响结果的精确性。本文通过综述国内外在风电场穿透功率极限领域的研究现况，归纳出该领域的3类主要方法，以期为深入研究风电场穿透功率极限计算提供一些思路。 1风电场穿透功率极限的基本概念 关于风电场穿透功率极限的定义有多种形式。1998年的国际大电网会上J. F. Christensen等人提出的风电场穿透功率极限指系统所能接受的风电场最大容量和系统最大负荷的比值[12]。R. A. Schlueter 等人将风电场穿透功率极限定义为系统所能接受的风电场最大容量与系统容量的比值[12]。考虑到我国的实际情况，将风电场穿透功率极限定义为系统