张 强，刘红军，尚 力，韩少晓，延 峰，荆 铭

（山东电力调度控制中心，山东 济南 250001）

0 引言

以风电为代表的新能源具有清洁、绿色的特点，将在未来能源使用构成中占据重要地位。然而，受来风情况和风机自身运行特性的限制，风电机组难以具备常规火、水电机组一样的功率调节能力，其固有的“随机性”、“间歇性”对电网调峰、调频、调压等带来的冲击是显而易见的，尤其随着风电装机规模的持续增大，这种影响将日益凸显。为此，学术界［1-9］、工程界［10-16］早已开展相关影响和应对策略研究与实践，取得了大量指导性和可借鉴性成果。

针对山东新能源调度控制的相关理论和实践问题，在现状介绍后，首先分析并提出山东新能源调度运行模式；之后重点就新能源调度技术支持系统架构、功能、特点等进行阐述；最后给出了山东新能源调度控制研究与实践的下一步工作建议。

1 规模及现状

山东作为风能资源富集区，截至2012年6月，拥有并网运行风电场53座，机组2278台，总容量约3 346 MW，占电网总装机容量的6.07%，分布于渤黄沿海和内地临沂山区；山东风电场多以220 kV（占 24%）和 110 kV（占 65%）电压等级并入主网。拥有光伏电站6座，总容量约57 MW。预计十二五期间山东新能源装机还将稳步快速增长。

2 山东新能源调度运行模式分析

调度运行模式是基础性和关键性问题，其先进性和适用性决定了新能源调度的整体水平。适应山东新能源调度需求和目标的调度运行模式可体现在协调型计划编制及功率调整、精益化运行方式安排、全方位信息技术支撑三个方面。

2.1 协调型计划编制及功率调整

计划编制及功率调整一是要综合考虑传统能源和新能源，在保证安全的情况下以新能源接纳能力最大为目标；二是注重安全和经济性的统一，同时考虑网内设备的调节能力，这就要求按照控制施效时间尺度的不同，加强运行规划（日级以上）、调度计划（小时级）、实时调度（分钟级）、AGC/AVR（秒级）各环节的协调和优化，实现平滑过渡，如图1所示。

图1 协调型计划编制及功率调整

在有功控制上，山东新能源应既具有执行日前或滚动计划的能力，同时具备参与ACE调整的闭环AGC控制功能。考虑到风电的随机性和间歇性，有功控制模式应是以跟踪基于功率预测的日前计划或滚动计划为主，风电直接参与AGC控制为辅。

2.2 精益化运行方式安排

新能源利用上，一方面要尽可能利用风能、太阳能等可再生能源发电，同时适应可再生能源发电的随机性、间歇性，在储能技术尚未大规模成熟利用前，需要用传统能源发电为之备用；因此在大规模集中式新能源发电并网后的运行方式安排上，要综合考虑安全、经济、可再生能源特性，借助EMS中的安全分析、风险评估等辅助完成。另外，随着系统中发电类型的多样化，风电等发电特性虽对电网调峰带来不利影响，但也应看到趋利避害、实现多种发电资源综合利用的可能。例如，风电、光伏与电动汽车储能的配合，利用电池储能的快速调节平抑新能源出力的波动；火风并存，而火电因供热等原因不能停时，在负荷低谷时段，可考虑利用风电进行火电厂碳捕集，从而实现资源综合利用，提高经济效益。

2.3 全方位信息技术支撑

智能电网环境下，含新能源的智能调度模式要求提高信息的协调程度，通过各环节、各层面的信息互动实现资源整合利用。纵向上，加强省调与含新能源的地调、各风场、光伏电站的信息交流，就新能源运行监视、功率预测、控制指令、静态参数等进行频繁互动；横向上，省调内部新能源系统要与现有EMS、发电计划、OMS、综合数据平台等交换关心的信息，共同实现新能源监控的有效运转。而上述功能的实现有赖于建设适应山东新能源调度模式的新能源调度技术支持系统。

3 新能源调度技术支持系统

在国调“智能电网调度技术支持系统（SGOSS）”建设框架指导下，按照I、II、III区同步建设的原则，山东省调与中国电力科学研究院合作，率先研发并实现基于D5000平台、集“信息采集与实时监视、功率预测、功率控制、调度管理（OMS）”于一体的新能源调度技术支持系统。

3.1 体系架构

系统由设在山东省调的主站端、设在各风场的子站端以及数据通信链路三部分组成，系统体系架构见图2。

图2 系统体系架构

主站端I区布置信息采集与监控，II区为风功率预测，同时在III区建设调度管理模块。主站系统与省调原有的EMS、综合数据平台、OMS、发电计划等系统具有良好的外部接口功能，可通过反向物理隔离装置获取数值天气预报信息，与其他系统进行实时和历史信息、功率预测结果、发电计划、有功无功控制指令交互。

子站端对应包括信息采集与监控、风功率预测、调度管理模块。子站与主站的信息交互集中通过安装在风电场当地的综合通信管理终端完成，综合终端与风电场升压站监控系统、风机监控系统、动态无功补偿装置、测风塔气象采集等设备通信读取实时运行信息，对实时信息进行定时采样形成历史数据存储在终端中，并将实时数据和历史数据通过电力调度数据网上传到主站系统，同时从主站接收有功/无功的调节控制指令，转发给风机监控系统、动态无功补偿装置等进行远方调节和控制。风电场功率预测子系统接收气象部门的数值天气预报信息，并根据历史和运行数据计算、分析、修正和校核，向主站上传本地功率预测结果，并接收主站系统下发的发电计划结果，通过综合通信管理终端转发风机执行。

在数据通信链路上，主子站I、II区的信息交互通过电力调度数据网，双套冗余配置，每套均通过2×2 M接入相应地调接入网；III区信息通过管理信息网实现交互，相应设备通过1×2 M接入调度管理信息网地调节点。

3.2 系统功能

3.2.1 信息采集与实时监视

系统具备通过风场直送、地调EMS转发两路互备数据源，实时获取风场运行的电气、气象信息；定时接收风场短期、超短期功率预测等文本信息；并可通过OMS实现风场静态参数的人工录入。 大量、丰富的信息采集为运行监视和后续应用奠定了坚实的数据基础。

表1 新能源系统中风场上传主站信息一览

主站借助图形、曲线、表格等可视化展示手段，沿用运行人员习惯的监视界面风格，实现对风场升压站、动态无功补偿设备、风机以及测风塔运行信息的实时监视，如图3。

图3 系统主站实时监视界面

3.2.2 新能源功率预测

风电功率预测。基于D5000平台，采用符合山东气候条件的高精度数值天气预报产品；针对新建风电场历史运行数据不足的特点，通过物理与统计相结合的组合建模方式建立预测模型，增强了模型的适用性；对运行时间较长的风电场，充分利用历史运行数据，采用统计方法建模，并定期进行模型再训练；预测中考虑风电场地形地貌、风机类型及排布位置等因素影响，同时基于测风塔历史测风数据统计规律对结果进行修正；采用模式输出统计方法，根据历史和当前功率数据对预测结果进行动态优化，提高了预测精度；实现了短期（未来3天）和超短期（未来15 min至4 h）功率预测功能，为日前和实时发电计划制定提供依据。

光伏功率预测。针对山东省内新建的光伏电站，采用物理方法，考虑光伏电站的地理位置、光伏电池的安装方式、光伏电池板和逆变器的电气特性，建立太阳位置模型、光伏电池板模型和逆变器模型，最终得到光伏电站的预测模型。该模块具备完善的统计功能和新能源运行评估功能，可实现对天气预报指标、功率预测结果分布的统计分析，如图4。

图4 系统功率预测界面

3.2.3 新能源功率控制

结合新能源运行控制特点，考虑当前和远期功率控制需求，系统设计并部署了五类有功功率控制方式、三类无功功率控制方式及功能。

1）有功功率控制。

如图5，在有功控制上，系统具备2种闭环控制方式、3种开环控制方式，二者切换通过现场上送的“允许投”和“投入AGC”信号。

图5 山东新能源有功功率控制方式

闭环控制方式。

自动跟踪发电计划：主站AGC模块利用读入的发电计划，生成实时发电计划指令下发 （按风场），风场自动跟踪执行。

参与ACE调节：系统的AGC模块具备辅助常规能源机组调频的功能，通过系数和零点偏移量的改变，调度员可以根据需要确定风电参与ACE调节的程度。AGC应用情况见图6。

开环控制方式。

执行发电计划：退出AGC模式，由风场自行跟踪日前或滚动发电计划曲线。

按风发电：风场按实际来风情况发电。

图6 山东新能源参与AGC控制监视图

即时调整：调度员根据电网需要，随时发布调度命令，风场执行。

2）无功功率控制。

主站生成或接受外部电压指令，通过数据网I区转发给风场综合终端，协调风场内SVG、风机等无功资源自动跟踪调节。

主站指定电压目标值E文本和存放目录，风场通过FTP方式获取，导入子站I区后按指定时刻下发，自动跟踪调节。

主站可根据风电场实际电压和无功补偿最大容量，按照设定的控制策略，通过D5000设点命令下发方式自行判断、修改、下发风电场目标电压值，风场执行。

3.2.4 新能源管理

系统在III区建设OMS模块，实现了新能源电场静态参数源端维护、并网流程监视、互联用户邮件交流等，方便了新能源系统子站接入、并网验收、运行维护。更重要的是，通过该模块的建设运行，规范了新能源管理方面的办事程序，提高了工作标准和调度对新能源企业提供的并网服务质量。

3.3 技术特点

在国网SGOSS框架下，基于D5000平台，I、II、III区同步建设，兼具“信息采集、稳态监视、功率预测、功率控制、调度管理”完备功能于一体。

遵循山东新能源调度运行模式，系统部署了完善、可行的有功和无功控制方式和功能，并实现了风电场有功和无功闭环控制。其中在有功自动控制上，与省调现有主EMS系统既可联动，又相对独立，可在电网紧急需要时充分利用新能源的功率调节能力，辅助常规电源完成电网调整任务。

功率预测采用了符合山东气候条件特点的高精度数值天气预报产品，对不同类型风场采用针对性方法进行建模，提高了预测模型的适应性；采用模式输出统计方法对预测结果进行动态修正和优化，提高了预测精度。

系统接入信息量丰富（涵盖每台风机、测风塔、升压站、SVG），界面可视化效果好、可用性强，运行统计分析功能强大，为系统应用、实时监控、运行考核提供了有力支撑。

4 结语

山东新能源调度技术支持系统于2011年11月通过现场验收，投运半年多来，接入59座风场、5座光伏电站，实现了对风场升压站和风机运行状态的实时监视、有功控制、无功电压闭环控制。2012年上半年，山东风电累计发电30.9亿kWh，光伏0.274亿kWh，除春节调峰外，无限电或弃风现象发生，系统已成为辅助山东新能源调度运行的有力工具。

在此基础上，为更好实现在保证大电网安全下新能源的有效接纳，围绕调度运行，下一步需要开展大规模风电接入的如下理论研究和实践工作，包括：1）风电有功、无功控制的深化研究及应用；2）智能电网环境下，包含传统能源、新能源、电动汽车储能的协同优化调度策略和关键技术研究与应用等。