[发明专利]一种新能源站参与一次调频的快速功率协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电自动化领域，尤其涉及一种在大型新能源光伏电站或风电厂中应用的新能源快速功率调节的实现方法。

背景技术

目前我国大多数地区对光伏、风电等新能源采取的是大规模集中式的开发模式，每个大规模新能源开发区域都分布着数十个新能源厂站，而单个新能源厂站的装机容量都较大。由于新能源发电固有的间歇性特点，大规模新能源并网给电网运行带来了极大的挑战。为保障大规模新能源接入下电网运行的安全稳定，2011年以来，国家电网公司颁布了企业标准《光伏电站接入电网技术规定》和《风电场接入电网技术规定》，提出了在光伏电站、风电场配置有功功率控制系统(以下简称AGC系统)的要求，同类的还有电压控制AVC的要求。以光伏电站为例，站内功率和电压调节通常是由AGC/AVC系统完成的。该系统的通讯接入方式是：户外方阵中的逆变器等设备一般通过串口接入到方阵中的通信管理装置，通信管理装置将其转换为IEC104、IEC103等通讯规约后再通过光纤环网接入到站内环网总交换机，然后再经过2～3级交换机再接入到站内AGC/AVC服务器。行业内，光伏、风电等新能源电站内部的AGC/AVC控制启动响应时间一般为20s，而其与调度中心的整个控制响应时间一般长达2分钟以上，这种系统一般只能参与电力系统的几分钟级的二次调频，主要进行电力系统长周期计划功率调节，无法达到电力系统一次调频的速度和性能要求。

近年来，随着我国可再生新能源尤其是光伏新能源发电技术的推广，新能源发电容量以及其在整个电网中的比例均在大幅上升。由于光伏、风电等新能源发电出力不确定性造成电网调峰困难尤为突出，传统AGC/AVC系统因响应速度慢已无法满足目前电网运行调整的需求，为提高电网的安全稳定性以及对新能源出力调整的合理性，迫切需要新能源电站主动参与电力系统一次调频，与常规的火电和水电发电站一样，成为电网“友好型”电源，当系统故障或紧急事故发生时，参与系统一次调频协助系统快速进行功率平衡调节以便尽快使系统进入稳定状态。需要指出的是，目前新能源电厂站内的通信网络协议和发电单元通讯接口通常不支持上述协调控制方案的通信快速性要求，需要按新的方案的要求设计通信协议和接口，对于新建新能源工程的风光厂站按新要求进行建设，对于已有新能源厂站则应有计划地分批进行逆变器和相关通讯网络的通信功能改造。

为了达到新的设计要求，要求将新能源电站内的发电单元功率控制调节的响应速度大大提升，即原来上百秒、分钟级以上的功率调节响应时间要缩减至原有1/1000倍至100ms以内，这对站内包括功率协调控制装置和各新能源发电单元在内的相关各装置设备和网络通讯架构提出了非常苛刻的要求，需要对相关系统进行重新设计与开发。

发明内容

本发明所采用的方法是通过在站内建立一个快速协调控制装置，该装置从区域稳控系统快速接收功率调节指令，并通过以太网网络高速下发至全站各发电单元执行，使得全站快速参与系统一次调频；另外系统还设计基于站内电流电压采集，实现离线自主功率协调控制，同样参与系统一次调频；同时，装置也能接收调度中心的长周期计划功率调节指令。总的来讲，该方法是使得功率协调控制装置从区域稳控系统，调度中心，和本地计算三种方式形成全站功率控制指令。然后，在该功率协调控制装置与新能源站各发电单元之间建立一个高速通讯以太网网络，与光伏逆变器、风电主控和变流器、储能控制设备之间实现高速通讯，从而控制这些众多发电单元按照快速协调控制装置的指令进行协调控制，实现100ms内的快速执行响应。实现该发明的步骤是：

步骤1：快速协调控制装置开发与稳控系统的通讯接口，直接方式是按照稳控专用通讯通道与稳控主站系统通讯；间接方式是与通过站内的稳控子站接收稳控主站的功率调节命令，稳控子站再将功率调节命令通过站内装置通讯方式(如GOOSE)转发至快速功率协调控制装置。

步骤2：建立一种基于以太网络的快速通讯机制，使得厂站功率协调控制装置分解命令能快速高效分解下发至目标发电单元，目标发电单元能快速接收到功率命令并执行，解决现有新能源电站目标发电单元与站内相关控制设备与系统通讯效率低下的问题。

步骤3:开发新能源电站功率协调控制装置，该装置能与全站下属各发电单元高效快速通讯，实现全站快速功率分解与通讯下发，并且通过联络点实时电流电压采集计算执行调节后的效果，考虑是否进行二次调节或微调。

步骤4：开发满足通讯和快速功率响应需求的发电单元控制设备，比如光伏逆变器，使得这些发电单元能快速接收厂站快速功率控制命令，并且能立即快速执行。