新能源并网运行与控制整体解决方案

 

客户需求

我国经济社会发展面临着能源资源供应、生态环境容量、温室气体减排等严峻挑战。发展方式的绿色转型势在必行,全社会正携手推进绿色发展。随着国家节能减排和可再生能源开发战略的不断推进,我国风电开发规模连续几年以年均70%的比例增长。截至2011年底,中国风电装机容量达到6236万千瓦,超过美国跃居世界第一。截至2013年8月,国家电网调度范围并网新能源发电装机总量已超过100兆瓦,成为全球接入新能源发电装机容量最大、增长速度最快的电网。

大规模新能源并网给电网规划和运行带来前所未有的挑战。必须加强电网统一调度和管理,建设电网友好型风电场,从“源”侧和“网”侧同时着手,推动可再生能源的优化利用。新能源并网运行与控制在调度机构的推广部署对提高国家电网公司生产管理水平、推动新能源相关技术的发展具有积极的意义。

方案概述

                                        

                                                             新能源并网运行与控制整体解决方案

南瑞集团一直致力于为新能源发电并网及调度运行提供完善的整体解决方案,从电网调度、新能源场站及场站内机组及发电单元的控制等各个方面开展相关研究工作,取得了一定的成果,并成功应用于部分新能源试点工程。

在电网调度环节,提出了实时和准实时的新能源信息采集交互方式,典型风机信息、功率控制指令等实时性要求较高的信息,通过104通道的方式进行采集和下发,其它非关键风机信息和功率预测信息则通过E文件的形式进行传输,并分别制定了《新能源接入信息传输规范》和《新能源数据文件规范》。采集上来的信息可以通过基于GIS技术等可视化手段展现出来,满足调度员对接入电网的新能源信息的监视和控制需要。

基于新能源发电信息和气象信息,实现面向全网的不同时间周期的新能源发电能力预测,并在此基础上研制开发了新能源发电功率预测、发电计划优化和实时调度控制等功能的研究,在日前、日内、实时等不同时段,递阶精准地解决新能源并网调度问题,力求在电网安全稳定运行的前提下,最大限度的消纳新能源发电。

在新能源场站环节,研制开发了面向场站、箱变和升压站等不同对象的各类监控系统。风电场监控系统除了具备常规SCADA功能外,还具备对风电场箱变、风机的信息统计分析功能。另外风电场监控系统可以接收调度下发的有功指令、电压指令、无功指令、发电计划曲线及电压考核曲线,根据既定的AGC/AVC分配策略,将分配后的指令下发给风机能量管理平台及无功补偿装置执行。

在场网交互环节,针对部分风电场/光伏电站不支持标准的通讯协议的情况,特别研制了通讯中间层软件,用于非标通讯协议的转换。

在场站内部,自主研制开发了风电变流器、电变浆系统以及整机主控系统,较好地满足风电场低电压穿越、电网适应性要求以及AGC、AVC的控制性能要求。

技术亮点

新能源并网运行与控制整体解决方案首次将各电源、业务处室、相关系统的运行数据融合到一起进行全面分析和评价,固化出风电优先调度的一整套业务流程。

本方案研究了互联大电网协调控制和优化调度的关键技术难题,研发了适应互联大电网调度运行的自动发电控制、新能源控制和调度计划优化软件,并完成了工程应用。

创新点如下:

建立新能源和常规电源跨省有功控制模型,实现了跨省级控制区消纳新能源的调度。

在软件开发中,考虑间歇式能源的节能优化调度。

本方案的相关内容已在华北、华中、华东、河南等调度控制中心得到应用,效果良好。

该整体解决方案截止2013年申请专利4项,获包括国家级奖项在内的奖项3项,鉴定2项,取得了丰硕成果。

方案价值

在风功率预测方面,研制开发了面向风电场、场群和电网的风电功率预测系统,突破风电场/场群精细化建模和功率预测技术,为风电调度运行提供中期、短期、超短期等不同时间尺度的功率预测结果。

在风电发电计划优化编制方面,突破基于SCUC/SCED的风电接纳能力评估、风火协调发电计划优化和发电计划后评估分析等关键技术,研制开发了基于多周期发电计划协调优化的风电有功调度软件,根据不同周期电网运行方式的变化以及负荷需求预测、风功率预测信息,通过对日前、日内、实时发电计划的递进协调优化,逐级分担预测信息的误差量,降低风电接入后其不确定性对电网运行的影响,提高电网运行的安全性和经济性。

在风电调度和控制方面,研制开发了风电有功控制软件,首次针对风场、场群、站群、区域等不同控制对象,基于限值控制、跟踪控制、最大发电等多种风电功率控制策略和模式,实现了调度端对大规模风电基地的闭环有功功率控制;研制开发了适应新能源大规模接入的无功电压控制软件,综合利用发电系统内部的风机、SVC/SVG、电容器/电抗器等无功电源,提出多源协调的控制策略,实现风力发电系统的并网无功电压的快速准确控制,整体提升风电场的无功/电压运行水平和电网电压的稳定性。

在电网友好型风电技术方面,研制开发了风电场综合监控系统,除了具备常规SCADA功能外,还具备对风电场箱变、风机的信息采集和统计分析功能以及风机远程调节控制功能等。自主研制开发了风电变流器、电变浆系统以及整机主控系统,满足风电场低电压穿越、电网适应性要求以及AGC、AVC的控制性能要求。

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