大规模风光电基地集群优化控制关键技术应用案例

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大规模风光电基地集群优化控制关键技术应用案例当前我国千万千瓦级风电基地以及百万千瓦级光伏发电基地在不断建设中，我国风能和太阳能发电已经取得了举世瞩目的成就，风机和光伏累计装机容量均为世界第一。

目录

一、背景

当前我国千万千瓦级风电基地以及百万千瓦级光伏发电基地在不断建设中，我国风能和太阳能发电已经取得了举世瞩目的成就，风机和光伏累计装机容量均为世界第一：截至 2018 年底，中国可再生能源发电装机达到 7.28 亿千瓦，同比增长 12%。其中，风电装机 1.84 亿千瓦、风电发电量 3660亿千瓦时；光伏发电装机 1.74 亿千瓦、光伏发电量 1775 亿千瓦时。因此，目前及未来一段时间内我国风光电开发模式将主要为“规模化开发、集中式并网”。但与传统能源发电方式相比，新能源机组出力固有的随机性和间歇性，大规模新能源并网导致电力系统运行的不确定，给电网的调度管理带来巨大的挑战：

1.由于我国风、光资源与负荷中心逆向分布的特点，使得风电、光伏大规模“集群开发、远距离送出”成为我国新能源开发的主要特点，客观上形成了含集群风电、光伏电站的源端系统。如何提高电网的有功控制能力，尽可能多的吸收风光电功率，是我国目前电网调度所面临的新问题。

2.常规发电机组出力的优化控制可通过等耗量微增率准则实现，但风光电集群内的风机/光伏组件数量多、分布广，且出力控制方式也有别于常规机组，因此对集群内风电场/光伏电站间有功出力的协调控制策略较为复杂。

3.由于大规模新能源并网导致电源侧的电力电子化程度较高，发展速度较快。随着传统电网中新能源渗透率不断增大，即电力系统发电侧电力电子化程度逐渐加深，势必会给电网的安全稳定运行带来新的挑战。

因此，迫切需要优化大规模风光电基地的集群控制策略，提高风光电利用率和无功电压运行控制精细化水平，促进新能源健康、可持续发展。

二、应用案例

1.项目概述

该项目已在国网甘肃省电力公司应用，通过运行实践证明该成果对我省新能源的可持续开发利用有非常积极的意义。项目建立包括控制性能精细化测评与实时控制效果评价的“机一场-群 ”考核管理体系，研发大规模风光电基地“机-场一群”优化控制系统并示范应用，为实时调度实现优化配置风光电基地及 电网资源、提高了风光电利用率和无功电压运行控制精细化水平，推动了新能源集群控制向“机-场-群”优化控制方向发展。

2.主要效益

（一）经济效益

2016-2018 年甘肃风电发电量分别为 137.2、187.4、230 亿千瓦时；光伏发电量59.30、70.36、95 亿千瓦时。项目成果实施可减少弃风电量 0.09%。按照风电上网电价 0.54 元每千瓦时、光伏上网电价 0.90 元每千瓦时计算，2016-2018 年风电分别新增销售额 66.68、91.08、111.78 万元；光伏新增销售额 48.03、57.00、76.95 万元。2016-2018 年新增合计销售额 114.71、148.08、188.73 万元。

节支总额=新增销售额-总投资额÷回收期-新增运行维护费用。其中项目总投资额 440 万元，回收期为 5 年。新增运行维护费用约为 20 万元。2016-2018 年节支总额分别为 6.71、40.08、80.73 万元税率按 25%计算，新增税收分别为 1.68、10.02、20.18 万元。新增利润=节支总额-新增税收，分别为5.03、30.6、60.55 万元。

（二）社会效益

项目建立了包括控制性能精细化测评与实时控制效果评价的“机-场-群”考核管理体系，研发大规模风电基地“机-场-群”优化控制系统并示范应用，为实时调度中实现优化配置风电基地及电网资源、提高风电利用率和无功电压运行控制精细化水平，提供理论依据、分析手段及实用化工具。

三、技术要点

1：物理诊断模型和经典统计指标相结合的全景状态量评价方法物理诊断方法对较大时空尺度风光资源类状态量具有较强模拟优势，而经典统计类指标对较小时空尺度风光资源及风光出力时空平滑效应刻画更为直观准确。综合两者特点，首次提出了风光电“机-场-群”的全景状态量综合评价方法，实现对集群风光发电的多维度监测。为多层级状态估计奠定数据量测基础。

2：首次建立了用于修正实时电压控制偏差的基于无功电压灵敏度的多空间层级无功源协调的反馈修正模型。解决了多无功源空间尺度交叉影响问题。实现了实时电压偏差的快速优化控制目标。

3：首次提出了基于耦合状态识别的风光电“机-场-群”功率解耦/耦合协调控制方法。解决了大规模风光电集群有功-无功解耦/耦合状态辨识困难的问题，实现了有功-无功一体化优化目标。

4：提出“机-场-群”有功无功安稳一体化精细控制的 5 级架构并研发优化控制系统。在原风光集群控制系统 4 级架构基础上进一步扩展至机组层级，提升了控制精度；进一步扩展调控主站的功能以及风光电站内部控制系统的功能，设计开发了新能源场站的精细化控制策略及系统的多样化控制模式；集成开发了大规模风光电基地“机-场-群”优化控制系统。通过调度主站的控制模式自适应切换，以及各层级间协同配合的有功无功安稳一体化控制，进一步提升了大规模风光电基地优化控制的精细化与可靠性水平。

四、应用前景

项目的研究及开发成果，可以提升我国新能源并网控制装备的核心竞争力，预期未来 3 年推广应用的国内市场份额可突破 2 亿元；可以提升新能源电站并网运行管理水平，提升风光电利用率，提升大规模风光电基地电压合格率和电压质量，提升大规模风光电基地运行安全可靠水平，同时项目成果的节能减排效益明显，具有显著的经济社会效益，成果具备推广应用价值。同时，新能源发电的高效并网和消纳将提升电网对新能源发电的运行控制水平，提升电网运营的效率效益，有效缓解国家电网公司面临的各种压力，减少负面舆论和报道，提升公司企业形象。

项目研究成果大规模风光电基地集群状态估计及优化控制关键技术具有通用性，基于分层分区控制体系开发的机场群集群优化控制系统具有典型性，建成的示范系统及运行经验对我国大规模风光基地的建设运行能起到示范和推动作用，可在新疆大规模风电/光伏基地、青海大型光伏基地等规模化新能源开发利用中推广应用，同时也为其他大型新能源基地和中东部局部地区电网高渗透率接入风光电的优化运行控制提供了技术借鉴。