[发明专利]面向网源协调的大型风电场闭环控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及风电并网控制技术，特别是涉及一种大型风电场控制系统。 

背景技术

在各种可再生能源中，风电能源是全球关注的热点。风电具有间歇性、波动性和随机性的特点，出力波动范围通常较大，速度也较快。在没有储能设备的支持下，无法像其他常规电源那样对其有功和无功出力进行控制，给电力系统调度带来较大压力。电力系统由电源和电网组成，无论是从调度管理层面还是从系统动力学层面讲，电源和电网的协调都是非常重要的。尤其是风电场这种电源接入电网以来，网源协调问题愈加突出，对电网与风电场进行协调面临很多困难。更具体地说，风电场有功出力的波动性和本身无调频能力的特性使电网频率稳定性变差；风电场机组的频繁启停对电网也造成频率波动和电压波动；风电机组对电网没有机械惯性，对电力系统稳定性有负面作用。因此，当前的大型风电场对电网的“接口特性”是不够友好的，网源之间出现诸多不协调问题，这些问题严重影响了电力系统的安全性和经济性，这是目前风电并网的主要技术障碍之一。我国风电并网问题特殊且复杂，国内外尚缺乏相关技术和装备的支撑，使得已经建成的风电场不能很好地发挥效益，风电场产能无法充分释放。 

因此，上述现有技术中存在的问题需通过设法增强风电场的可控性来解决。而风电场的可控性分三个层次： 

(1)第一层次的风电场可控性为状态监视与常规管理性启停控制。各机组的励磁调节系统和浆距调节系统完全自治，与风电场监控系统没有联系。风电场监控系 统对各机组仅有状态监视和启停控制作用。该类风电场的有功调节是通过对部分机组的启停实现的。中国现有风电场多数属于这一层次。 

该层次的可控性是面向电力调度的，该层次可控性的风电场基本可以满足现有的风电接入电网的技术规范，但机组的频繁启停对机组机械轴系和电网都有不利影响。 

(2)第二层次的风电场可控性为状态监视与常规管理性连续调节。各机组的励磁调节系统和浆距调节系统是自治的，但励磁调节系统的有功和无功参考值可以由风电场监控系统修改。 

该层次的风电场的有功和无功调节指令由监控系统产生并下达给各机组，再由各机组自身控制系统实现。中国已有此类的示范工程(李俊峰，施鹏飞，高虎.中国风电发展报告2010，中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会，2010.10.)。 

(3)状态监视与高速闭环控制。各机组的励磁调节系统和浆距调节系统作为内环控制，内环控制仍然可以自治；在风电场监控系统中增加外环控制，外环控制的反馈量是反映电网动态的关键变量(如就地或远方的功角、转速、频率和功率等)，外环控制产生各风机的励磁和浆距调节参数，外环是闭环控制系统。目前，国内外还没有此类工程。因此，这正是本发明亟待解决的技术问题。 

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种面向网源协调的大型风电场闭环控制系统，通过引入电网关键信息的闭环控制的基本框架，实现风电场高度可控，为最终实现网源协调提供了可行方案。 

本发明提出了一种面向网源协调的大型风电场闭环控制系统，该系统包括组成风电场机群的多组风机301、将组风机接入机群的路由器302、终端器303、电网本地信息测量单元304、集控平台305、常规电厂306；上述各组成单元在本系统中以现场总线连接，进行数据传输，终端器303作为风机与集控平台的处理终端，通过 总线适配卡307连接集控平台305，其特征在于： 

集控平台305将控制器设置在风场升压站附近，需要测量的电网本地测量信息包括升压母线电压和频率，控制器根据测量信息，结合场网暂态协调控制，发出暂态有功和暂态无功的控制信号，并将控制信号通过快速现场总线送至各台风机，实现风场机群的有功和无功快速调节。 

所述控制器所采用的策略为根据该系统中风电场与电力系统的交互，再将对风电场的功率控制分解为对各台风机的附加控制。 

该系统还还包括可选单元：大电网(307)以及电网远方信息测量单元(308)。 

在满足电力系统中装有含同步相量测量单元(PMU)的广域测量系统(WAMS)时，所述电网本地测量信息还包括测量风场临近的常规同步发电机功角。 

该所述现场总线分为传送控制信息的控制总线、传送反馈信息的反馈总线、传送状态监控信息的监控总线，对于控制总线，仅有主机对从机的单向数据发送，任何从机不对主机发数据，任何从机之间也没有通信任务，通信延时可控制在20ms以内；对于反馈总线，仅采集一个或少数节点的电网特征信息，且测点距离集控中心较近，反馈通道的通信延时很小；对于监视总线，不要求监视节点和物理量的实时性。