发布机构: 山西省科学技术厅 发布日期: 2022-01-24 10:02:58

刘玉山:风电场能量管理优化技术在碳减排中的意义

在“双碳”目标大背景下,优先发展可再生能源已成为我国能源行业发展的大势所趋。可再生能源尤其是风、光、水的碳排放量远低于传统能源,而风电相较于其他可再生能源又具有更加明显的低碳排放特性,同时地球上可用风资源远远大于可开发利用的水资源,近年来风电新能源行业得到飞速发展。全球风能理事会的统计数据显示,2020年全球风电新增装机容量71.3GW,全球累计风电装机容量从2000年的17.4GW迅猛增加到2020年的721.3GW。截至2021年11月底,我国累计风电装机容量300.15GW,占全国总装机容量的13.65%。

电力系统电能质量取决于系统有功功率和无功功率实时平衡的能力。我国正在构建以新能源为主体的新型电力系统,风力发电作为新能源的重要力量之一,它的功率输出特性直接影响着电力系统频率和电压的稳定。风电总装机规模的不断增大,风电场输出功率的随机波动性给电力系统频率调整(调频)、电压调整(调压)带来巨大的压力。如何利用风电场的可观性、可控性、可预测性、可调度性,实现风电场功率的快速平稳输出,显得尤为重要。风电场能量管理平台作为风电场功率输出控制的“大脑”,它的作用、地位和可靠有效控制的重要性不言而喻。基于此,本人就风电场能量管理平台提出自己的观点和看法。

图1 风电场能量管理平台基本结构

风电场能量管理平台基本结构如图1所示,它主要作用是实时采集风电机组、SVG(动态无功补偿装置)和升压站等设备的数据,通过自动智能控制每台风机的输出功率,对风电场有功和无功功率进行综合管理与智能调度配置,使得整场功率能够快速、精准和平稳的跟踪目标功率值,从而实现风电场一次调频、AGC(自动功率控制)和AVC(自动电压控制)的智能控制。

目前,在役的风电场能量管理平台在进行功率控制时,由于较少考虑风电机组实时的运行状态,使得风电机组之间动态特性得不到充分的协调互补,导致风电场输出功率不能快速平稳的跟踪目标功率。同时一座风电场包含几十上百台的风电机组,风电场输出功率是所有风电机组功率控制的集群效应。由于风资源的随机波动性,即使是在同一座风电场内、同一时刻,每一台风电机组也会具有相互不同的随机波动性,而且同一风电机组在不同时刻也会表现出不同的动态特性,因此提高风电场输出功率的控制精度,将对发电效益带来显著影响。

基于此,近年来应用人工智能和大数据挖掘技术,揭示风电机组输出特性实时变化规律以及机组之间输出特性协调互补的本质,充分挖掘风电场自身的功率调节潜力,改善风电场有功功率控制输出特性,成为了优化风电场能量管理平台的突破方向。该关键技术如果能取得有效进展,保守估计风电场发电量每年将提升2%,如果推广到全山西省50%的风电场(截至目前山西风电场总装机2000万kW)按照平均利用小时数1800计算,全年可减排二氧化碳28万吨,二氧化硫2500吨,氮氧化物800吨。



供稿人:刘玉山,山西大学,讲师


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