风电场AGC系统建设与协同控制

何成明+杨金刚+张海霞+史智萍+汤庆峰

摘要：风力发电是洁净清洁的发电方式，大规模发展风电对转变传统发电模式具有积极作用。风电技术的优化和完善使得风电场的发电水平不断增加，为了迎合电力用户和电力调峰的基本需求，需要开展风电场AGC系统建设。文章对风电场AGC系统建设与协同控制展开了探讨，对AGC系统建设实践、协同控制的原理、结构设计和具体的控制过程等进行了阐述。

关键词：风电场；AGC系统；系统建设；协同控制；风力发电 文献标识码：A

中图分类号：TM614 文章编号：1009-2374（2017）06-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.047

风电场AGC系统建设对风电场的能量管理具有较高的价值，实践证明，风电场AGC系统可以有效地完成对机组的调频出力控制，可以满足用户的基本用电需求，使得风电场的系统的运行成本可以达到最低。另外，由指定的AGC机组参与协同控制，可完成对风电预测误差问题的控制，增加电网消纳风电的水平，是增加风电企业电力服务水平和服务质量的有效途径。基于此，本文结合风电场的基本情况，对风电场AGC系统的具体建设和协同控制等内容做以下分析。

1 AGC分析

AGC系统在电力系统的调度中具有较高的应用价值，是保障电力系统能够始终处于最为经济的状态下运行，保障电网的频率稳定，切实满足电力用户多变的基本需求，进而全面推动电力企业的发展和进步。长期以来，AGC系统主要是应用在火力发电和水利发电中，若要将AGC系统应用到风电场中，需要的强化对以往经验的总结和分析。

风电场主要是借由风力完成发电任务，受到风能本身性质的影响，使得风电场的功率稳定控制难度加大。风能存在着一定的间歇性和不稳定性，无法进行人工控制，这也加大了风电场的功率稳定性控制的难度。借由以往AGC系统建设的基本经验和方式，合理完成风电场AGC系统的构建，并使得AGC系统参与到协同控制中，完成对风电预测误差的分析和处理，推动风电场的供电稳定性和有效性。

风电场AGC系统的建设能保障风电并入到电网后，结合风电场的基本情况，完成对功率的调节，实现对风电无序并网的控制。风电场AGC系统的功能如下：（1）结合风电场的基本情况，控制风电场的功率情况，且能够实现远程监控，保障风电场频率的稳定性；（2）可远距离完成对风电场的并网的控制，对风电场的有功功率输出变化率进行严格控制；（3）自主控制出力，根据电网高峰的基本需求，满足电网调峰的基本需求；（4）完成对风电场的定功率控制，使得系统能够始终处于最为经济的状态。

风电场AGC系统建设完成后，可以按照发电计划和风功率预测的结果，做出相关调度指令，且由AGC模块完成对风电场具体的功率的控制。AGC系统的需要具备数据库、通信模块和控制模块。

2 风电场AGC系统的建设

2.1 工程概况

结合某风电场的实际情况，完成对风电场AGC系统的建设。该风电场共有V52 850kW型的风机58台，V50-2MW风机100台，总装机容量为250MW，且直接并入到区域电网中。为了完成对风电场有功功率的管理与控制，保障风电场的稳定供电，完成了对该风电场的AGC系统的建设。系统借由OPC协议配合远动通信装置完成对有功功率控制系统，由此可见，得到的系统主要是由实时数据采集部分、通信部分、OPC网关机和监控系统这四大部分构成。

2.2 AGC系统的有功率的控制过程

控制主要是根据电网企业发出的相关指令，借由网络通信将使有功功率的调节指令发送到风电场。主要由远动通信装置完成对这部分信息接受，再将具体的信息传递到OPC网关机，由其按照OPC协议直接将指令下发到监控系统中。指令到达系统中，由系统中的功能模块完成指令的执行，从而完成对有功功率的调节，这一过程耗时极少，并保障了调节的有效性，保障电网的稳定运行。其中PRM模块是完成对指令执行的主要功能模块，PRM模块和监控系统主要是采用OPC协议进行通信。借由PRM模块，可以完成对风电机组的功率的有效调节。根据装机容量的基本情况，PRM模块可以自主判断是否展开停机控制。

此外，PRM模块还能够根据相关工作人员给定的功率设定值完成对功率的调节，且具备双向交换性。PRM模块还具备人机交互交界面，可以完成对实时功率和最大可能输出功率、风电场的具体风速等信息进行展示，促使相关工作人员根据具体的参数情况完成对风电场机组的管理和维护工作。

2.3 OPC网关机及AGC控制模块

鉴于AGC系统的基本情况，需要合理地对OPC网关机和AGC控制模块进行选择和安装，其中OPC网关机可以采用高配置的工控机，在对其具体的客户端模块和装置管理模块等AGC控制模块进行设置，使其完成不同的功能。OPC网关机主要是负责对远动通信装置的连接，并完成风电场风机服务器之间的双向通信，完成对数据信息的传递和上传。还将远动通信装置获得的控制指令进行传递，使得系统能够完成自动的功率调节任务。客户端模块主要是完成人机互动，将相关数据信息显示在客户端模块，并借由客户端模块完成相关指令的输入。负荷控制模块是完成负荷控制的重要部分，其在具体的控制中可以直接将网调下发的定值传递到监控系统中，从而完成功率控制。而对于多个风机的监控系统，将得到的功率定值按照风机容量的比例完成对功率定值的调节，达到良好的分配效果。装置管理模块是确保系统有效地与远动装置连接和通信的关键。

2.4 遠动通信装置和信道

风电场AGC系统的建设过程中，需要合理地展开对远动通信装置的构建，这一部分是衔接OPC网关机和网调之间联系的关键。本工程的风电场AGC系统是建立在变电站现有条件下，具有较高的效率和较低的工程造价。AGC系统的远动通信装置需要具备双向通信的能力，并具备较好的稳定性。本工程中远动通信装置主要采用9698D远动装置，在配置多个可调度的通信接口，满足风电场AGC系统进化需求。

远动通信装置构建完成后，需要合理地对风电场的信道进行分配，本工程的AGC系统的上传信道是由调度通信中心规划分配，且可以直接完成数据的通信，有效地减少了信道的设计和规划，降低了成本。

2.5 调度端系统

调度端系统是在原有的基础上，合理地对AGC有功功率控制软件进行添加，促使系统可以完成人机互动、数据处理和调节、监控等功能。AGC系统有效地结合风功率预测系统，完成对额定功率的控制，并完成固定指令和计划指令的实施。借由上述构建方式，可以有效完成对风电场AGC系统的构建，使得AGC系统有效地完成对风电不确定性和随机性的遏制，保障有功功率的稳定，提升风电并入电网的有效性，积极推动电力服务水平和服务质量的有效提升。本工程通过对AGC系统的有效建立，为电网调度提供了有效的风电功率调节功能，保障区域供电的稳定和质量。

3 风电场AGC机组的协同控制

风电场AGC系统构建完成后，可能会受到风电预测误差的影响，可能会增加AGC机组的调节压力，并增加风电场和电网企业的运行成本。如不能有效地对风电预测误差进行控制，必然会影响电力企业的服务水平，降低电力用户的满意度。针对这类情况，本工程采用AGC机组的分布协同控制。

协同控制的基本原理：风电场AGC系统在实际的运行中，风电预测的误差对AGC系统的影响较大。如果风电场的出力与预期值偏差加大，AGC机组成本和调节成本均会增加，对风电企业的效益获取具有十分不利的影响。AGC机组参与协同控制过程，相当于提供了一份备用容量。

风电机组和AGC机组之间添加一个1min级别的控制信号，使得风电机组和AGC机组可以达到协同控制的方式，进而有效地完成对风电场机组的控制，从而实现对预测误差的干扰降低。主要是因为这控制信号是添加在二者之间的控制单元中，并将分布协同控制单元作为风电AGC机组和风电机组的主控单元，完成对下移时段的净负荷的引入，使其进入到具体的控制过程中，并通过信息的交流和迭代，完成对预测误差的分析和修正，使得AGC机组减少一定的故障和负荷明显变动对有功功率造成的不利影响，保障系统可以始终于最为经济的状态下运行。

本工程的协同控制主要采用分布式协同控制，适应性较高，尤其是对风电并网协同控制具有较好的效果，是推动风电稳定和提升电力服务水平的关键。借由上述方式，可以有效地完成风电场与AGC机组的协同控制，对提升风消纳量和机组的节能水平具有积极的影响。另外，借由协同控制能够有效地降低系统的运行成本，保障风电企业的效益。

4 结语

（1）探究分析风电场AGC系统的基本功能和建设意义，并对其具体建设实践进行阐述，详细地分析AGC系统的控制过程，提高AGC系统建设的有效性；（2）通过AGC机组和风电场的分布式协同控制，提升机组的节能效果，降低成本，积极推动风电企业的持续健康发展。

参考文献

[1] 何成明，王洪涛，韦仲康，等.风电场与AGC机组分布式协同实时控制[J].中国电机工程学报，2015，35（2）.

[2] 杨德学，丛智慧.风电场AGC系统建設研究与实践[J].东北电力技术，2011，（4）.

作者简介：何成明（1986-），男，山东泰安人，国网冀北电力有限公司经济技术研究院工程师，博士，研究方向：输电网规划设计技术。

（责任编辑：蒋建华）