CN104638680A - 一种用于风电与火电联合发电的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现风力发电与火力发电联合发电的控制系统，主要内容是火力发电机组与风力发电机组的协调控制结构。本发明将发电厂内的风电机组与火力发电机组等效为一个大的电源点，简化调度的控制对象，此系统可以将火电机组与风电机组协调控制，根据预定的协调控制策略，在满足电力系统稳定运行的前提下大大提高风电机组的发电量。

Description

一种用于风电与火电联合发电的控制系统

技术领域

本发明属于电力系统风力发电技术领域，具体涉及在风资源丰富的地区，尤其在冬季存在大量弃风的情况，为了提高风力发电的利用率，提出一种用于风电与火电联合发电的控制系统结构。

背景技术

随着我国大规模的风电场集中建设，风力发电场装机容量不断增加，风力发电在电网中所占比重越来越大。由于风力发电出力具有随机性、间歇性、不可控性等特点，这给电网的安全调度带来很多问题，很多电网公司不得不放弃风电。截至2012年底我国风电装机容量达到6083万千瓦，全年发电量1004亿千瓦时，均居全球第一。风电装备产业也取得长足进步，技术水平逐步赶超世界先进。风电发展取得了举世瞩目成绩的同时，风电消纳困难、弃风电量逐年增加的问题也凸显出来。据初步统计，2011年全国风电弃风电量约为120亿千瓦，弃风率约为16％，2012年全国风电弃风电量超过200亿千瓦时，弃风率达到20％，一些风资源很好地区的风电机组实际年利用小时数已不足1500小时。

2006年起实施的《中华人民共和国可再生能源法》规定电网企业需全额收购其电网覆盖范围内可再生能源，由于风电机组出力的随机性与波动性，大规模风电并网运行后将给电网的调频调峰带来一系列的问题，现有的调频调峰电源容量可能无法满足大容量风电接入后的调频调峰要求，为了保证风电接入后系统的安全稳定运行，需要配套增加一定的调频调峰电源。内蒙、新疆地区煤炭资源丰富，火电机组可以满足大容量风电加入后的调频调峰需求，因此可考虑为大型风电场群配套一定的火电机组作为调频调峰电源，将火电与风电打捆送出。这样不仅可以提高风电并网运行后电网的可靠性，而且可以提高外送线路的利用率，降低大容量风电外送的输电成本。目前风电与火电的控制是独立的，两者信息没有互通，风力发电没有得到充分利用。对调度来说，面对庞大的风力发电，由于风电的波动性及随机性，调峰、调频都面临巨大的困难。采用本发明的联合发电控制系统后，风电与火电是一个电源点，可以充分利用风力发电与火力发电互补的特点，提高风电机组的利用率，充分利用绿色能源，减少调度的复杂度。

在风电火电打捆送出时风电场及相应的火电机组输出的电力通过较低电压等级的网络汇集后通过外送线路将风电火电送至负荷中心。当风电出力较低时，火电厂可以满发以提高火电厂的经济效益，当风电大发时，为了保证输电线路不过载，火电厂需要调节其出力使得风电火电的总外送功率满足调度的需求。

发明内容

为了解决风力发电大量弃风、提高新能源的利用效率、风电与火电打捆送出时，尽可能多的利用风电的技术问题，本发明提出了一种用于风电与火电联合发电控制系统。该控制系统实时与调度通讯，接收调度的有功功率指令信息，并执行此指令信息。该控制系统实时与火电机组DCS系统通讯，采集火电厂的信息，并将相关信息上传给调度主站系统，将火电机组的功率指令下发给火电机组DCS系统。该控制系统实时与风电机群监控系统、风功率预测系统、风电场升压站系统通讯，将相关风电场的信息上传给调度主站，并将风电机群的功率指令下发给风电机群控制系统。

本发明主要采用以下技术方案：

一种用于风电与火电联合发电的控制系统，所述控制系统包括发电厂总协调控制器、火电机组执行器、风电协调控制器、风电执行器、运行工作站；其特征在于：

发电厂总协调控制器通过通信的方式与调度系统、火电机组执行器、风电机组执行器、网络监控系统即NCS升压站进行数据交换，根据设定的功率分配方法在风电机组与火电机组间进行功率分配计算，形成风电机群与火电机组的功率指令，并将指令分别下发给风电执行器与火电机组执行器；

火电机组执行器与对应的机组分散控制系统DCS系统通信和/或通过硬接线的方式采集火电机组的运行数据，将火电机组的运行数据传递给发电厂总协调控制器用于功率分配计算，并接收发电厂总协调控制器下发的火电机组的功率指令，将火电机组的功率指令下达给机组DCS系统；

风电机组执行器通过通信方式与风电机群监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统及发电厂总协调控制器交换数据信息，采集各风电机群的当前功率、运行状态、风速信息并传送至风电协调控制器，接收发电厂总协调控制器下发的风电机群的功率指令；

当风电机组执行器接收到发电厂总协调控制器的风电机群功率指令时，风电协调控制器完成风电功率指令在不同的风电机群间或者是风电机组之间的功率分配工作，并将形成的各风电机群的功率指令或者是各风电机组的功率指令再下发给风电机组执行器，由风电机组执行器下发给相应的风电机群监控系统。

本发明具有以下有益的技术效果：

1)发电厂级自身完成对风电功率波动性的控制，不需要电网提供额外的调峰能力；

2)将风电机组与火电机组等效为一个容量更大的电源点，调度只关心整个发电厂的出力即可，不必单独考虑风电机组对电网的影响；

3)精简了调度的控制对象；

4)增强了火电厂的自主性，既可以优先利用风能资源，又可以兼顾火电机组间的经济调度，可增强经济效益；

5)增强了对于风电的消纳能力，实现了节能减排，社会效益显著提升；

6)依托火电机组强大的无功支撑，可以保证系统安全稳定运行。

附图说明

图1为风电与火电联合发电的控制系统结构图。

具体实施方式

为了解决风力发电大量弃风、提高新能源的利用效率等问题，结合风力发电与火力发电打捆外送的要求，本发明提出了一种用于风电与火电联合发电的控制系统。下面结合附图1并通过具体实施实例对本发明的技术方案做进一步详细说明。本申请公开的用于风电与火电联合发电的控制系统，包括发电厂总协调控制器、火电机组执行器、风电协调控制器、风电执行器、运行工作站。

发电厂总协调控制器通过通信的方式与调度系统、火电机组执行器、风电机组执行器、网络监控系统即NCS升压站进行数据交换，根据设定的功率分配方法在风电机组与火电机组间进行功率分配计算，形成风电机群与火电机组的功率指令，并将指令分别下发给风电执行器与火电机组执行器；

火电机组执行器与对应的机组分散控制系统DCS系统通信和/或通过硬接线的方式采集火电机组的运行数据，将火电机组的运行数据传递给发电厂总协调控制器用于功率分配计算，并接收发电厂总协调控制器下发的火电机组的功率指令，将火电机组的功率指令下达给机组DCS系统；

风电机组执行器通过通信方式与风电机群监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统及发电厂总协调控制器交换数据信息，采集各风电机群的当前功率、运行状态、风速信息并传送至风电协调控制器，接收发电厂总协调控制器下发的风电机群的功率指令；

当风电机组执行器接收到发电厂总协调控制器的风电机群功率指令时，风电协调控制器完成风电功率指令在不同的风电机群间或者是风电机组之间的功率分配工作，并将形成的各风电机群的功率指令或者是各风电机组的功率指令再下发给风电机组执行器，由风电机组执行器下发给相应的风电机群监控系统。发电厂总协调控制器、火电机组执行器部署安装在火电厂电子设备间，并在屏柜上配置有就地操作面板，在火电厂的控制室内可以通过运行工作站对风电与火电联合发电控制系统进行监视和控制。风电执行器、风电协调控制器安装在风电场电子设备间，并在屏柜上配置有就地操作面板，在风电场的控制室内可以通过运行工作站对风电与火电联合发电控制系统进行监视和控制。

发电厂总协调控制器通过通信的方式与调度系统、火电机组执行器、风电机组执行器、NCS升压站进行数据交换，获得功率优化分配算法所需数据，按照设定的功率分配方法及原则在风电机组与火电机组间进行功率分配计算，形成风电机群与火电机组的功率指令，并将指令分别下发给风电执行器与火电机组执行器；

(1)总协调控制器接收到的调度指令信息有：风电场和火电机组总有功功率控制指令，所述调度指令方式有三种模式：实时控制模式、滚动计划曲线模式、日计划曲线模式。(2)总协调控制器传给调度系统的信息有：风电场及打捆发电的火电机组实发有功功率、无功功率、整个电源点的有功功率裕度(上限/下限)、联合发电优化控制系统运行模式、工作状态、风电场及相应的火电机组允许投入自动调节、联合发电优化控制投入、优化控制指令增\减闭锁信号、

(3)NCS升压站传递给总协调控制器的信息有：高压侧母线电压、系统频率、各送出线路有功功率、无功功率、低压侧各段母线电压、各集电线路有功功率、无功功率、无功补偿系统分支无功功率、主变分接头位置、出线开关、变压器高低压侧开关、各集电线路开关状态。

(4)总协调控制器与火电机组执行器交互的信息(包括使用硬接线的方式采集的数据点)有：机组功率指令，机组允许投入自动发电控制、机组AGC投入、机组一次调频投入、机组AGC指令增\减闭锁信号、机组锅炉跳闸信号、机组汽机跳闸信号、机组有功功率上\下限、机组当前有功功率、AGC调节速率、系统请求机组投入AGC、系统命令机组投入AGC、机组AGC负荷指令

(5)总协调控制器与风电机组执行器交互的信息有：风电机群实发有功功率、无功功率、风电机群有功功率和无功功率裕度、风电单机实发有功功率、无功功率、风电单机有功功率和无功功率裕度、风电单机运行状态、风电机群中单机的启停控制指令、风电机群有功率调节指令、风速参数、风向参数、温度参数、大气压力参数、短期风功率预测曲线、超短期滚动风功率预测曲线。

火电机组执行器与对应的机组分散控制系统DCS系统通信或者是通过硬接线的方式采集火电机组的相关信息，将信息数据传递给发电厂总协调控制器用于功率分配计算，并接收发电厂总协调控制器下发的火电机组的功率指令，将火电机组的功率指令下达给机组DCS系统；

所述通过硬接线的方式采集的数据点有：机组允许投入自动发电控制、机组AGC投入、机组一次调频投入、机组AGC指令增\减闭锁信号、机组锅炉跳闸信号、机组汽机跳闸信号、机组有功功率上\下限、机组当前有功功率、AGC调节速率、系统请求机组投入AGC、系统命令机组投入AGC、机组AGC负荷指令。风电机组执行器通过通信方式与风电机群监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统及发电厂总协调控制器交换数据信息，采集各风电机群的当前功率、运行状态、风速信息并传送至风电协调控制器，接收发电厂总协调控制器下发的风电机群的功率指令；

当风电机组执行器接收到发电厂总协调控制器的风电机群功率指令时，风电协调控制器完成风电功率指令在不同的风电机群间或者是风电机组之间的功率分配工作，并将形成的各风电机群的功率指令或者是各风电机组的功率指令再下发给风电机组执行器，由风电机组执行器下发给相应的风电机群监控系统。

Claims (4)

1.一种用于风电与火电联合发电的控制系统，所述控制系统包括发电厂总协调控制器、火电机组执行器、风电协调控制器、风电执行器、运行工作站；其特征在于：

发电厂总协调控制器通过通信的方式与调度系统、火电机组执行器、风电机组执行器、网络监控系统即NCS升压站进行数据交换，根据设定的功率分配方法在风电机组与火电机组间进行功率分配计算，形成风电机群与火电机组的功率指令，并将指令分别下发给风电执行器与火电机组执行器；

火电机组执行器与对应的机组分散控制系统DCS系统通信和/或通过硬接线的方式采集火电机组的运行数据，将火电机组的运行数据传递给发电厂总协调控制器用于功率分配计算，并接收发电厂总协调控制器下发的火电机组的功率指令，将火电机组的功率指令下达给机组DCS系统；

风电机组执行器通过通信方式与风电机群监控系统、升压站监控系统、风功率预测系统及发电厂总协调控制器交换数据信息，采集各风电机群的当前功率、运行状态、风速信息并传送至风电协调控制器，接收发电厂总协调控制器下发的风电机群的功率指令；

当风电机组执行器接收到发电厂总协调控制器的风电机群功率指令时，风电协调控制器完成风电功率指令在不同的风电机群间或者是风电机组之间的功率分配工作，并将形成的各风电机群的功率指令或者是各风电机组的功率指令再下发给风电机组执行器，由风电机组执行器下发给相应的风电机群监控系统。

2.根据权利要求1所述的用于风电与火电联合发电的控制系统，其特征在于：

所述火电机组执行器所采集的火电机组运行数据包括：火电机组自动发电发电控制系统AGC投入状态、火电机组运行状态、火电机组有功功率上下限、火电机组当前有功功率、自动发电控制系统AGC调节速率。

3.根据权利要求1所述的用于风电与火电联合发电的控制系统，其特征在于：

总协调控制器接收到的调度系统的调度指令包括风电场和火电机组总有功功率控制指令，其中指令方式包括实时控制模式、滚动计划曲线模式、日计划曲线模式。

4.根据权利要求1所述的用于风电与火电联合发电的控制系统，其特征在于：

NCS升压站传递给总协调控制器的数据包括高压侧母线电压、电力系统频率、各送出线路有功功率、无功功率、低压侧各段母线电压、各集电线路有功功率、无功功率、无功补偿系统分支无功功率、主变分接头位置、出线开关、变压器高低压侧开关、各集电线路开关状态。