大規模風光電基地集群優化控制關鍵技術應用案例

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大規模風光電基地集群優化控制關鍵技術應用案例當前我國千萬千瓦級風電基地以及百萬千瓦級光伏發電基地在不斷建設中，我國風能和太陽能發電已經取得了舉世矚目的成就，風機和光伏累計裝機容量均為世界第一。

目錄

一、背景

當前我國千萬千瓦級風電基地以及百萬千瓦級光伏發電基地在不斷建設中，我國風能和太陽能發電已經取得了舉世矚目的成就，風機和光伏累計裝機容量均為世界第一：截至 2018 年底，中國可再生能源發電裝機達到 7.28 億千瓦，同比增長 12%。其中，風電裝機 1.84 億千瓦、風電發電量 3660億千瓦時；光伏發電裝機 1.74 億千瓦、光伏發電量 1775 億千瓦時。因此，目前及未來一段時間內我國風光電開發模式將主要為「規模化開發、集中式併網」。但與傳統能源發電方式相比，新能源機組出力固有的隨機性和間歇性，大規模新能源併網導致電力系統運行的不確定，給電網的調度管理帶來巨大的挑戰：

1.由於我國風、光資源與負荷中心逆向分布的特點，使得風電、光伏大規模「集群開發、遠距離送出」成為我國新能源開發的主要特點，客觀上形成了含集群風電、光伏電站的源端系統。如何提高電網的有功控制能力，儘可能多的吸收風光電功率，是我國目前電網調度所面臨的新問題。

2.常規發電機組出力的優化控制可通過等耗量微增率準則實現，但風光電集群內的風機/光伏組件數量多、分布廣，且出力控制方式也有別於常規機組，因此對集群內風電場/光伏電站間有功出力的協調控制策略較為複雜。

3.由於大規模新能源併網導致電源側的電力電子化程度較高，發展速度較快。隨着傳統電網中新能源滲透率不斷增大，即電力系統發電側電力電子化程度逐漸加深，勢必會給電網的安全穩定運行帶來新的挑戰。

因此，迫切需要優化大規模風光電基地的集群控制策略，提高風光電利用率和無功電壓運行控制精細化水平，促進新能源健康、可持續發展。

二、應用案例

1.項目概述

該項目已在國網甘肅省電力公司應用，通過運行實踐證明該成果對我省新能源的可持續開發利用有非常積極的意義。項目建立包括控制性能精細化測評與實時控制效果評價的「機一場-群 」考核管理體系，研發大規模風光電基地「機-場一群」優化控制系統並示範應用，為實時調度實現優化配置風光電基地及 電網資源、提高了風光電利用率和無功電壓運行控制精細化水平，推動了新能源集群控制向「機-場-群」優化控制方向發展。

2.主要效益

（一）經濟效益

2016-2018 年甘肅風電發電量分別為 137.2、187.4、230 億千瓦時；光伏發電量59.30、70.36、95 億千瓦時。項目成果實施可減少棄風電量 0.09%。按照風電上網電價 0.54 元每千瓦時、光伏上網電價 0.90 元每千瓦時計算，2016-2018 年風電分別新增銷售額 66.68、91.08、111.78 萬元；光伏新增銷售額 48.03、57.00、76.95 萬元。2016-2018 年新增合計銷售額 114.71、148.08、188.73 萬元。

節支總額=新增銷售額-總投資額÷回收期-新增運行維護費用。其中項目總投資額 440 萬元，回收期為 5 年。新增運行維護費用約為 20 萬元。2016-2018 年節支總額分別為 6.71、40.08、80.73 萬元稅率按 25%計算，新增稅收分別為 1.68、10.02、20.18 萬元。新增利潤=節支總額-新增稅收，分別為5.03、30.6、60.55 萬元。

（二）社會效益

項目建立了包括控制性能精細化測評與實時控制效果評價的「機-場-群」考核管理體系，研發大規模風電基地「機-場-群」優化控制系統並示範應用，為實時調度中實現優化配置風電基地及電網資源、提高風電利用率和無功電壓運行控制精細化水平，提供理論依據、分析手段及實用化工具。

三、技術要點

1：物理診斷模型和經典統計指標相結合的全景狀態量評價方法物理診斷方法對較大時空尺度風光資源類狀態量具有較強模擬優勢，而經典統計類指標對較小時空尺度風光資源及風光出力時空平滑效應刻畫更為直觀準確。綜合兩者特點，首次提出了風光電「機-場-群」的全景狀態量綜合評價方法，實現對集群風光發電的多維度監測。為多層級狀態估計奠定數據量測基礎。

2：首次建立了用於修正實時電壓控制偏差的基於無功電壓靈敏度的多空間層級無功源協調的反饋修正模型。解決了多無功源空間尺度交叉影響問題。實現了實時電壓偏差的快速優化控制目標。

3：首次提出了基於耦合狀態識別的風光電「機-場-群」功率解耦/耦合協調控制方法。解決了大規模風光電集群有功-無功解耦/耦合狀態辨識困難的問題，實現了有功-無功一體化優化目標。

4：提出「機-場-群」有功無功安穩一體化精細控制的 5 級架構並研發優化控制系統。在原風光集群控制系統 4 級架構基礎上進一步擴展至機組層級，提升了控制精度；進一步擴展調控主站的功能以及風光電站內部控制系統的功能，設計開發了新能源場站的精細化控制策略及系統的多樣化控制模式；集成開發了大規模風光電基地「機-場-群」優化控制系統。通過調度主站的控制模式自適應切換，以及各層級間協同配合的有功無功安穩一體化控制，進一步提升了大規模風光電基地優化控制的精細化與可靠性水平。

四、應用前景

項目的研究及開發成果，可以提升我國新能源併網控制裝備的核心競爭力，預期未來 3 年推廣應用的國內市場份額可突破 2 億元；可以提升新能源電站併網運行管理水平，提升風光電利用率，提升大規模風光電基地電壓合格率和電壓質量，提升大規模風光電基地運行安全可靠水平，同時項目成果的節能減排效益明顯，具有顯著的經濟社會效益，成果具備推廣應用價值。同時，新能源發電的高效併網和消納將提升電網對新能源發電的運行控制水平，提升電網運營的效率效益，有效緩解國家電網公司面臨的各種壓力，減少負面輿論和報道，提升公司企業形象。

項目研究成果大規模風光電基地集群狀態估計及優化控制關鍵技術具有通用性，基於分層分區控制體系開發的機場群集群優化控制系統具有典型性，建成的示範系統及運行經驗對我國大規模風光基地的建設運行能起到示範和推動作用，可在新疆大規模風電/光伏基地、青海大型光伏基地等規模化新能源開發利用中推廣應用，同時也為其他大型新能源基地和中東部局部地區電網高滲透率接入風光電的優化運行控制提供了技術借鑑。