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新能源并網運行與控制整體解決方案

 

客戶需求

我國經濟社會發展面臨著能源資源供應、生態環境容量、溫室氣體減排等嚴峻挑戰。發展方式的綠色轉型勢在必行,全社會正攜手推進綠色發展。隨著國家節能減排和可再生能源開發戰略的不斷推進,我國風電開發規模連續幾年以年均70%的比例增長。截至2011年底,中國風電裝機容量達到6236萬千瓦,超過美國躍居世界第一。截至2013年8月,國家電網調度范圍并網新能源發電裝機總量已超過100兆瓦,成為全球接入新能源發電裝機容量最大、增長速度最快的電網。

大規模新能源并網給電網規劃和運行帶來前所未有的挑戰。必須加強電網統一調度和管理,建設電網友好型風電場,從“源”側和“網”側同時著手,推動可再生能源的優化利用。新能源并網運行與控制在調度機構的推廣部署對提高國家電網公司生產管理水平、推動新能源相關技術的發展具有積極的意義。

方案概述

                                        

                                                             新能源并網運行與控制整體解決方案

南瑞集團一直致力于為新能源發電并網及調度運行提供完善的整體解決方案,從電網調度、新能源場站及場站內機組及發電單元的控制等各個方面開展相關研究工作,取得了一定的成果,并成功應用于部分新能源試點工程。

在電網調度環節,提出了實時和準實時的新能源信息采集交互方式,典型風機信息、功率控制指令等實時性要求較高的信息,通過104通道的方式進行采集和下發,其它非關鍵風機信息和功率預測信息則通過E文件的形式進行傳輸,并分別制定了《新能源接入信息傳輸規范》和《新能源數據文件規范》。采集上來的信息可以通過基于GIS技術等可視化手段展現出來,滿足調度員對接入電網的新能源信息的監視和控制需要。

基于新能源發電信息和氣象信息,實現面向全網的不同時間周期的新能源發電能力預測,并在此基礎上研制開發了新能源發電功率預測、發電計劃優化和實時調度控制等功能的研究,在日前、日內、實時等不同時段,遞階精準地解決新能源并網調度問題,力求在電網安全穩定運行的前提下,最大限度的消納新能源發電。

在新能源場站環節,研制開發了面向場站、箱變和升壓站等不同對象的各類監控系統。風電場監控系統除了具備常規SCADA功能外,還具備對風電場箱變、風機的信息統計分析功能。另外風電場監控系統可以接收調度下發的有功指令、電壓指令、無功指令、發電計劃曲線及電壓考核曲線,根據既定的AGC/AVC分配策略,將分配后的指令下發給風機能量管理平臺及無功補償裝置執行。

在場網交互環節,針對部分風電場/光伏電站不支持標準的通訊協議的情況,特別研制了通訊中間層軟件,用于非標通訊協議的轉換。

在場站內部,自主研制開發了風電變流器、電變漿系統以及整機主控系統,較好地滿足風電場低電壓穿越、電網適應性要求以及AGC、AVC的控制性能要求。

技術亮點

新能源并網運行與控制整體解決方案首次將各電源、業務處室、相關系統的運行數據融合到一起進行全面分析和評價,固化出風電優先調度的一整套業務流程。

本方案研究了互聯大電網協調控制和優化調度的關鍵技術難題,研發了適應互聯大電網調度運行的自動發電控制、新能源控制和調度計劃優化軟件,并完成了工程應用。

創新點如下:

建立新能源和常規電源跨省有功控制模型,實現了跨省級控制區消納新能源的調度。

在軟件開發中,考慮間歇式能源的節能優化調度。

本方案的相關內容已在華北、華中、華東、河南等調度控制中心得到應用,效果良好。

該整體解決方案截止2013年申請專利4項,獲包括國家級獎項在內的獎項3項,鑒定2項,取得了豐碩成果。

方案價值

在風功率預測方面,研制開發了面向風電場、場群和電網的風電功率預測系統,突破風電場/場群精細化建模和功率預測技術,為風電調度運行提供中期、短期、超短期等不同時間尺度的功率預測結果。

在風電發電計劃優化編制方面,突破基于SCUC/SCED的風電接納能力評估、風火協調發電計劃優化和發電計劃后評估分析等關鍵技術,研制開發了基于多周期發電計劃協調優化的風電有功調度軟件,根據不同周期電網運行方式的變化以及負荷需求預測、風功率預測信息,通過對日前、日內、實時發電計劃的遞進協調優化,逐級分擔預測信息的誤差量,降低風電接入后其不確定性對電網運行的影響,提高電網運行的安全性和經濟性。

在風電調度和控制方面,研制開發了風電有功控制軟件,首次針對風場、場群、站群、區域等不同控制對象,基于限值控制、跟蹤控制、最大發電等多種風電功率控制策略和模式,實現了調度端對大規模風電基地的閉環有功功率控制;研制開發了適應新能源大規模接入的無功電壓控制軟件,綜合利用發電系統內部的風機、SVC/SVG、電容器/電抗器等無功電源,提出多源協調的控制策略,實現風力發電系統的并網無功電壓的快速準確控制,整體提升風電場的無功/電壓運行水平和電網電壓的穩定性。

在電網友好型風電技術方面,研制開發了風電場綜合監控系統,除了具備常規SCADA功能外,還具備對風電場箱變、風機的信息采集和統計分析功能以及風機遠程調節控制功能等。自主研制開發了風電變流器、電變漿系統以及整機主控系統,滿足風電場低電壓穿越、電網適應性要求以及AGC、AVC的控制性能要求。

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