千萬千瓦級風光發電集群控制關鍵技術應用案例檢視原始碼討論檢視歷史

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千萬千瓦級風光發電集群控制關鍵技術應用案例在習總書記提出的能源生產與消費革命國家戰略指導下，甘肅省提出了「中心帶動、兩翼齊飛、組團發展、整體推進」的區域發展戰略，新能源產業是「兩翼齊飛」之一。

一、背景

隨着風光電滲透率的提高，風光電集群波動性強、可控性弱等特徵引發了電網調頻調峰困難、安全穩定運行風險增加、風光電出力受限等問題。尤其是2011年酒泉發生4次大規模風機脫網事故、高棄風棄光率問題，風光電消納與電網安全運行的矛盾日益凸顯，亟需填補千萬千瓦級風光發電集群控制技術空白。當前風光電併網控制有如下問題：

（1）控制對象特性分析方面，大型風光電基地缺少完善的資源及運行監測網絡，風光電集群廣域時空耦合的資源模型和發電特性難於準確刻畫，不利於準確辨識風光基地運行特性和出力狀態。

（2）控制模型方面，目前風光電單場站併網控制模型不能滿足集群不同層級不同目標控制需求，不具備實施風光電精細化控制的條件。

（3）有功控制方面，基於實時出力的控制方法不能適應風光電短時快速波動特性，控制誤差大。

（4）無功電壓控制方面，現有分散控制模式不能充分發揮多類型無功電壓控制設備能力，風光電場站電壓合格率低、脫網風險大。

（5）安全穩定控制方面，千萬千瓦級風光集群控制量大、控制站點多、多類型控制設施響應特性差異大，風光集群控制系統可靠性難以保證。

（6）一體化集成控制方面，現有風光電場站分散控制和有功/無功/安穩控制功能割裂，風光電集群控制難以實現場站間協調和多控制目標優化。

（7）控制系統平台方面，國外集群控制僅停留在概念設計階段，國內還沒有風光電集群統一協調控制軟件平台和控制裝置。

二、應用案例

1.項目概述

本項目旨在將地理上毗鄰、特性上相關且擁有共同接入點的風電場、光伏電站集群進行一體化整合、集中協調控制，攻克千萬千瓦級風光電集群控制對象的特性分析與建模、有功/無功/安穩控制方法和一體化集成技術、核心裝備研製等系列難題，建設示範工程，提高風光電併網運行控制技術水平和消納能力，對我國大規模風光電基地的建設起到示範和推動作用。

2.主要效益

直接經濟效益

國網甘肅省電力公司推廣應用千萬千瓦級風光發電集群控制系統，直接增加電量銷售收入178817.33萬元，南京南瑞集團公司銷售大規模新能源集群控制系統、風電場控制裝置、光伏電站控制裝置等設備，直接增加產品和裝置銷售收入25793.16萬元，許繼集團有限公司應用項目研究成果研製風電機組和風電場智能功率協調控制系統，直接增加銷售收入23987.64萬元。

社會效益與間接經濟效益

破解了大規模新能源併網運行的技術瓶頸，提高了電網的新能源利用率，為我國風電、光電的集群建設起到引領示範作用。研究成果有力推動了甘肅新能源產業的健康可持續發展，形成了甘肅「兩翼齊飛」戰略的重要支點，有力地促進了甘肅經濟社會發展。

三、技術要點

（1）提出了基於時序主分量法和動力學特性的風光電源出力動態狀態估計方法

針對風光電集群廣域時空耦合的資源模型和發電特性難於準確刻畫的全新難題，提出了考慮空間相關性與上下游效應的大規模風光電資源網絡優化布局方法，河西酒泉風光電資源和集群發電出力特性的動態估計方法。並基於測風測光網絡監測數據在國際上首次實現了千萬千瓦級風光電集群發電出力特性的動態評估，精度達到95.36%。

（2）提出了風光電集群「機組-場站-集群子網」多顆粒度建模方法

針對目前風光電單場站併網控制模型不能滿足集群不同層級不同目標控制需求的問題，提出了「機組-場站-集群子網」多顆粒度建模方法。提出了基於奇異攝動理論的風電機組、光伏組件層級多時間尺度建模與簡化方法，基於功率逆函數的風電場單機聚合模型和基於逆變器群分類原則的光伏電站聚合建模方法，基於多源數據狀態估計的集群子網在線動態等值建模技術。建立了滿足在線控制實時性和精度要求的集群有功-無功-安穩一體化控制精細化模型。

（3）提出了基於預測調節性能和安全約束的風光電集群併網功率控制方法

針對基於實時出力的控制方法不能適應風光電短時快速波動特性而導致控制誤差大的問題，集群中多個風光電併網通道安全約束變量多且交互影響帶來的控制難題，提出了風光電集群多種約束條件的不確定性控制理論與方法，創建了風光電站預測精度和可控性能的量化評估指標，基於多通道綜合安全裕度控制性能指標進行風光電場站動態分群，群內場站根據預測調節性能進行精細化功率控制，首次建成了調度中心與風光電站的有功控制互動平台。

（4）提出了基於就地冗餘與上級支援兩級補救策略的風光集群安全穩定控制高可靠性保障方法

針對千萬千瓦級風光集群控制量大、控制站點多、多類型控制設施響應特性差異大導致風光集群控制系統可靠性難以保證的難題，提出了適應風光電集群空間分散性的「多級控制站+執行站」控制系統結構，設計了表徵多類安全穩定問題的綜合裕度指標及其控制策略表，實現了「常規控制+補救策略」的兩級控制機制。

（5）提出了多時空協調的風光電集群有功-無功-安穩一體化控制方法

針對現有風光電場站分散控制和有功/無功/安穩控制功能割裂導致風光電集群控制難以實現場站間協調和多控制目標優化的問題，提出了基於四級閉環控制架構的多時空尺度協調風光集群控制體系，提出了就地控制、區域協調控制與全局優化的多層級互補控制方法，研發了調度中心站控制系統平台。

四、應用前景

項目研究成果已推廣至青海、江蘇、遼寧、河北、貴州、海南、寧夏、山西、陝西、雲南、黑龍江、蒙東等省區，覆蓋了我國60%以上規劃建設的大規模集中併網風光電基地。項目成果具有廣闊市場競爭力。