风电场功率控制系统分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 风电场功率控制系统分析 摘要 随着新能源技术尤其是风 能技术的发展，越来越多的风电场被筹 建。随之而来的就是对大电网的日益明 显的影响。2011 年初甘肃酒泉发生的大 范围风机脱网事故，使得对风电场的安 全稳定运行要求提高。要求风机具备低 压穿越功能，网调能够对风电场进行功 率控制。本文分析了一种基于主控系统 的功率控制系统，通过 PLC 中央控制 结合应用多种模块（如：测量、通讯、 I/O 模块等）和完善的通讯功能实现对 整个风电场的功率控制。本文以 1.5mW 双馈异步型风力发电机为例进行分析， 并分别研究了功率控制系统与电网、风 机之间的接口关系，详细分析了控制系 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 统的功能和原理，为读者提供参考。 中国论文网 /8/view-12875894.htm 关键词 新能源；脱网；PLC； 主控系统；风力发电机；功率控制 中图分类号 TM315 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2012）69- 0034-02 0 引言 随着电力电子技术与通信技术的 发展，自动化控制在风力发电机的主控 系统中的应用已经相当成熟了。在广泛 应用的 1.5mW 双馈异步风力发电机电 控系统中，通过主控控制的变桨、偏航、 调速等方式已经可以很好的控制风机的 功率输出，风力发电机整机控制技术已 经完善。 然而，在多年的风电场运行中仍 然暴漏出许多不可以忽视的问题：小故 障引起的大范围脱网事故、风机的弃风 小时数、电网容量有限等。在 2011 年 初，甘肃酒泉发生超过五百台风力发电 机组脱网严重事故1，这对风力发电机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 组的稳定性提出了更高的要求。随即电 网公司会议决定对风电提出新的要求， 未具备低压穿越功能的风机必须具备穿 越功能，风电场也必须具备功率控制功 能。本文研究了以单台风机主控系统为 基础的功率控制方案。 1 风机主控系统概述 风力发电机组的主控系统是风机 的核心。主控系统控制风机的一切动作， 包括变桨、偏航以及变频器的控制。分 为控制单元、传感器单元、执行单元、 总线系统。主控系统以 PLC 控制器为 核心，实现风力发电机的过程控制、安 全保护、故障检测、参数设定、数据记 录、数据显示以及人工操作。主控系统 是功率控制系统能够实现的前提，是实 现有功无功输出调节的工具。 2 功率控制系统功能要求 风电场功率控制系统的主要目的 是集中控制输入电网的有功和无功，使 得风电场也能和传统发电站一样参与电 网的控制。该系统以风电机组主控为控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 制单元，发出控制指令。风电场功率控 制系统必须具备以下功能： 1）具备基于多种通讯协议的通 讯功能，一方面通过通讯方式将风机的 理论出力值发送到功率控制系统中，另 一方面能够将理论值上传到调度部门 （如果是风电场内部控制，则应该传送 到风电场的 SCADA 系统） 。反之也能 够接受调度下发的限制指令； 2）具备强大的计算处理功能， 能够将风力发电机组分散的理论出力， 累计成以风电场为单元的总的有功输出 值，能够结合整个风电场实际的有功或 无功输出值进行 PI 控制； 3）本地控制功能：即功率控制 系统不仅仅能通过远程通讯功能对风机 进行控制，也应能够通过本地方式进行 控制，控制方式可以是数字量或者模拟 量，也可以使用 Modbus 总线形式，还 可以以 TCP 协议方式等； 4）采集功能：功率控制系统应 该具有采集整个风电场实时的有功功率 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 或无功功率的功能。通过测量模块连接 电流互感器二次侧。测量电流可以在变 电站高压侧得到整个风电场的总电流， 也可以分别测量单个集电线路的电流再 汇成总电流。测量模块连接电压互感器 的二次侧即可得到风电场的电压值； 5）智能分配功能：风电场功率 控制系统接收调度下达或者本地下达有 功或无功输出设定指令，根据风机台数 进行平均分配。或者不采取平均分配原 则，即按照单台风机的理论值的比例进 行比例分配。当单台风机故障时也能自 动排除故障风机的影响，使风场总的出 力满足调度的要求； 6）辅助功能：显示功能、报警 功能、记录功能等必备的其他功能。 3 功率控制系统的控制理论 功率控制系统的控制理论如图 1 所示： 图 1 以两台风力发电机组为例进 行分析。图 1 中矩形框中表示功率控制 系统的主要逻辑功能，图的左侧为调度。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 调度可以为电网调度也可以为风场调度。 图的右侧为风机，为了方便理解，假设 两台风机组成一个风力发电厂。 风力发电机组与功率控制系统的 数据交互主要有 3 种，即单台风机的理 论出力值和实时出力值，同时功率控制 系统向风力发电机组的主控系统下达有 功无功输出指令。而功率控制系统与调 度之间的交互即为理论值的上传和指令 下达。 功率控制系统中具备中央控制模 块，如 PLC 进行理论功率累计、实际 功率计算、相位角计算、PI 控制、分配 指令等工作；具备通讯模块和对外通讯 的交换机、采集模块能够采集电压电流 值；还应该具备 I/O 模块。当供电中断 时应该具有 UPS 备用电源。 功率控制系统软件应有风场控制 应用程序、风电场监视应用程序和各种 通讯协议程序。 4 接口之间关系 接口关系包括功率控制与风机的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 接口关系、功率控制系统与调度之间的 接口关系。 风电场的电压电流值，首先经过 电压互感器和电流互感器，将实时测量 值引入功率控制系统中。是完全的电信 号接口关系，可以采用电缆连接。风机 的理论值是通过安装在风机上的风向标、 测速仪测量，经过建模计算得出的功率 曲线。功率曲线数据通过通讯的方式传 送到功率控制系统中，每台风机配置一 台数据交换机，采用光纤方式与功率控 制系统内的交换机连接成闭环，从而进 行数据交换。因为采用光纤通讯所以要 求接口为光纤接口。 当功率控制系统跟风电场本地 SCADA 系统通讯时，可以通过 Modbus 进行通讯。当功率控制系统与电网调度 通讯时，调度不直接从功率控制系统中 取信息，而是从本地的 SCADA 系统中 读取，通道的形成还必须经过远动设备 和 OPC 网关。其接口关系如图 2 所示： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 5 结论