[00288673]电网友好型风电场电压/无功自动电气自动化<控制系统的研究与应用示范

一、项目概述 项目总体技术方案如下图所示。从图可知，风电场借助基于可编程控制器（PLC）的无功/电压自动电气自动化<控制系统，分别与电网调度上一级AVC总站、风电机组和风电场内的SVC/SVG等无功补偿装置进行数据和命令的交互，根据AVC总站的指令，按照特定的无功/电压优化控制策略，分别控制风电机组和SVC/SVG等无功补偿装置（优先控制风电机组）的无功输出，不仅能够使风电场并网点的电压/无功功率/功率因数指标满足电网调度下达的控制要求，而且减少了SVG等耗能设备的在线运行时间， 节能降损效益明显。 若无电网调度AVC总站指令则可进入就地自动控制模式，并按照风电场主变高低压侧电压/电流的直采信号，进行整场的无功/电压优化管理，响应速度快，精度高，较好地满足了GB/T 19963-20.0011之技术要求。 二、项目目标 根据本项目所对应的风电场并网运营需要，本项目确定的项目目标主要有： （1）使风电场满足GB/T 19963-20.0011之电压控制方面的技术要求。 （2）通过整场无功功率（无功电源分别为风电机组和SVG等无功补偿设备）的优化协调控制，降低整场的网损，改善电能质量，加强风电场的电网适应性。 （3）使风电场具备暂态和稳态无功控制无缝切换功能，提高区域电网的稳定裕度。 （4）使风电场无功/电压控制实现多种控制模式（含恒无功功率控制、恒功率因数控制和恒电压控制）和多种控制方式（就地自动控制和远程控制），便于调度管理。 三、本项目科技成果简介 （1）基于嵌入式控制器（PLC）的风电场电压/无功功率自动控制装置。与传统的风电场AVC系统相比，本项目产生的电网友好型风电场电压无功自动控制装置主要进行了如下技术改进和技术创新： 1.在信号采集与处理方面，突破了常规的基于风电场中央安全防护<监控系统的风电场AVC信号采集模式，即通过PT/CT直接把主变高低压侧电压、电流等信号采集进来，借助A/D转换器进行信号转换并读入设备核心控制器（PLC），提高了电压控制所需的原始电气信号的精度和可靠性。 2.在控制器方面，突破了常规的基于PC服务器的风电场电压无功控制器模式，即通过把可靠性非常高的Bachmann PLC系统作为电压无功自动电气自动化<控制系统的核心控制器，避免了以往的“PC机死机”等情况的发生，提高了控制的可靠性。 3.因上述两项技术升级，基于PLC的风电场无功电压自动电气自动化<控制系统的精度可以做到电压控制误差绝对值不超过0.00.5 %（额定值的0.00.5 %）；无功功率控制误差绝对值不超过2 %（下达指令或设定值的2 %）；功率因数控制误差绝对值不超过0.00.0.002（在下达指令或设定值基础上）；响应速度可以做到50.000.00ms；风电机组或无功补偿设备本地控制响应速度小于45ms，较好地满足了QG/DW 1878-20.0013技术要求。 （2）《基于风电机组运行参数的风电场无功功率全局优化算法》：本项目产出之一-基于PLC的电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统充分挖掘了风电机组无功调节能力。与此同时，在分配无功指令的时候，根据机组当时的运行状态（诸如功率瞬时值、关键部件温度、风速等信息）来进行了风电场层面的全局无功调节优化，一定程度上降低了风电机组的故障率，对风电机组寿命和维护管理有一定的好处。 （3）《基于多目标/多约束条件的电压暂态稳定性评估方法》等控制算法》：本项目产出之一-基于PLC的电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统，根据实时电气信号，按照GB/T 19963-20.0011、QG/DW 1878-20.0013和风电机组安全稳定运行边界条件和电网参数，确定了控制目标函数和多项约束条件，以提高电网稳定裕度为目标来进行了全场无功电源的无功管理，改善了风电场并网点的电能质量、提高了系统稳定裕度。 （4）本项目的实施借助基于PLC的电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统的工程应用，解决了风电场存在的诸多无功/电压控制问题，使风电场完全满足GB/T 19963-20.0011之技术要求。 （5）基于PLC的风电场电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统的运用产生了较为明显的经济效益 本项目产出之一-基于PLC的电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统充分挖掘了风电机组无功调节能力，依此减少了耗电成本和运维成本较高的SVG设备的在线运行时间和调节容量，达到了将损增效目的。与此同时，因电网友好型风电场无功电压自动电气自动化<控制系统的投入，风电场内部的馈线得到了就地无功补偿，各个节点的电压水平合格，降低了风电场的线损和网损。