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摘要：对于风电场是否能够实现实时检测和控制，成为了新时期电网调度中心的重要工作内容，对于电网稳定运行有着重要影响。因此，调度中心设计出了风电场并网调度技术支持系统，该系统应用后，解决了存在以风电调度中存在的问题，比如掌握了风力发电机与无功补偿装置的运行状态，更好地应对风电的间歇性和随机性特点。本文就风电场并网调度技术支持系统做简要的研究分析，为风电场调度运行工作，提供一些理论性资料。
关键词：风电场；调度技术支持系统；数据采集；风电功率预测
随着我国科学技术水平的不断提升，电力设备的科学化水平也在不断提升，非常明显的一个表现就是很多大规模的风电场并入到了常规电网中，电网受到了风电越来越多的影响。一些省级电力调度中心中设计出了风电场并网的调度技术支持系统，该系统的应用可以让调度中就风电场的运行情况做出有效监控，并制定出科学合理的发电计划，进而为我国各个方面电能需求提供出稳定的电力能源，促进着我国各个方面的经济发展。
1、风电场并网电力调度技术支持系统
1.1支持系统的总体构成
电网风电调度技术支持系统构成部分为风电场数据采集与监控系统（SCADA）、风电场智能通信管理终端、风电场本地控制系统、数值天气预报系统、风电功率预测系统、及广域通信网络、电力监控系统安全防护组件等组成的分布式计算机系统。
该支持系统主站SCADA系统，在电力调度数据网、风电场智能通信管理终端的作用下，能够实现通讯信息的传输；风电功率预测系统以及气象局NWP系统运用光纤专线形式构成网络，风电功率预测系统从NWP系统中得到风电场气象的预报数据，NWP系统可以及时把风电场数值气象的预报信息传输感到功率预测系统中。在网络安全方面，有正反向隔离设备、纵向加密装置以及防火墙，数据通过这三项才能传输，还设有访问控制权限。为了实现融合风电、火电、水电形式电场，合理发电计划，集成了EMS系统以及主站风电SCADA系统，将风电功率预测得出的结果传输给EMS系统，EMS系统下达功率电压的控制指令。
该系统中有一个重要的组成部分面就是智能通信管理终端，其是一种智能的测控装置，另外还具有远程测控终端以及通信网关功能，主要的作用是两个系统的通信，分别是主站风电场SCADA系统、风电场本地的监控系统，还需要对风力发电机、以及输变电设备的各项数据进行采集，并传输功率预测文件，将控制指令进行调节和下发。智能通信管理终端符合电力系统远动终端标准。
广域通信网络组成部分为气象局到调度中心光纤专线、各风电场到调度中心的调度数据网、模拟专线。其中，光纤专线需要新铺设一些专线通道，调度数据网和模拟专线可以使用原有电力系统通信网络。
电力监控系统安全防护组件包括防病毒入侵检测系统、网络安全审计平台、网络安全监测装置等，实时监测、防护电力监控系统的计算机、网络及安全设备运行状态，及时发现非法外联、外部入侵等安全事件并告警。
1.2支撑系统各个构成系统之间数据传输关系
为了满足各个子系统之间的数据交换和控制功能，需要设计开发各个系统间的接口。主要包括风电场SCADA系统与EMS系统接口，风功率预测系统与EMS系统接口，数值天气预报系统与综合数据平台的接口，综合数据平台与风功率预测系统接口，各系统间数据传输流如图一。
图一各系统间数据传输流
2、风电场并网调度技术支持系统的子系统
2.1风电数据采集与监视控制系统（SCADA）
主站风电场SCADA系统主要的工作内容为，对分布式系统进行管理与监视，数据库的管理，包括数据采集、处理、计算和统计，报文监视，报警处理，图形曲线生成及显示，输出报表，控制操作(自动发电控制、自动电压控制)，分布的网络服务，权限管理服务。该系统想要获得风电场信息，就需要使用到风电智能化通信管理终端，并将得到信息和预测的数据，传输给各个部分。
2.2风电智能通信管理终端
该终端有着非常强的智能性，是研发人员为长传风机信息设置的专门设备，其功能非常强大，能够实现繁杂的风机信息获得和存储以及上传功能，为预测风力发电中的一些问题提供基础资料，还能实时监视与控制风电场的风机运行。该设备相关标准，均符合国家就电力远端设备的标准。
2.3数值天气预报系统（NWP）
该子系统说的就是，从大气实际情况出发，以一定初值以及边值为基础条件，运用大型计算机开始数值的计算，求解出描写天气演变过程下流体力学、热力学相关方程组，对未来一定时段大气运动状态、天气现象，进行预测的方法。
该研究中的数值天气预报系统实现了MM5和BJ-RUC两套短期数值天气预报的接入和结果比较。数值天气预报系统提供给功率预测系统的数据为一个或几个风电场所在区域的方形网格四个顶点对应坐标点分别在10米、30米、50米、70米、100米、120米、150米、170米、200米、220米、250米、300米、350米的风向、风速、气压、温度、相对湿度的未来48小时预测值，每15分钟预测1个点。其象局数值天气预报系统经防火墙、路由器等网络设备通过光纤与电网调度自动化系统电力安全某个区网络相联。为了通过物理隔离设备进行文件传输，数值天气预报文件格式采用E格式文件传送，文件根据电力系统E语言规范自动生成。
2.4风电功率预测系统
风电功率预测系统对电力系统功率平衡和经济调度具有重要意义，通过风电功率预测系统的预测结果，电网调度部门可以合理安排发电计划，减少系统的旋转备用容量，提高电网运行的经济性；提前预测风电功率的波动，合理安排运行方式和应对措施，提高电网的安全性和可靠性；对风电进行有效调度和科学管理，提高电网接纳风电的能力；指导风电场的消缺和计划检修，提高风电场运行的经济性。
3、风电场功率预测的实现步骤
3.1风电场功率预测理论上的实现
风电功率预测系统的实现，获得气象局数值天气预报（NWP）数据、公共（NWP）数据两个阶段：
第1，国家气象局根据气象卫星和高空气球探测到的数据，每日两次（0点和12点）发布全球气象模式。
第2，公共气象部门以上述为基础，提供出NWP服务，把需要预测目标范围中信息，插进中尺度网格中，分析48-72小时内数值的天气预报，接下来气象预报员就分析结果，进行编辑，最后将结果发布。
经过气象部门的计算，工作人员能够得出NWP测风点的实测风速数据，该数据处于一个大范围尺度上的高空风速，需要计算把高空风速，换算成单台风机轮毅处，所在风速以及风向的数据，随后计算了预测风速，查询该风机的风速一功率特性曲线，就可以得到该风机的发电功率预测值。由于大气运动十分复杂，仅仅依靠物理方法还无法获得与实际观测完全一致的结果，还需要利用风电场本地的量测信息，建立相似模型，考虑所有非建模因素，得到修正风速。然后，必须考虑风机在运行过程中，风机的功率曲线会根据环境影响而不断的发生变化，因此必须对风机的功率一风速曲线进行修正。综合考虑每个风电场的风机地理位置分布，利用风机的排列信息，考虑尾流效应，计算各风机轮毅高度的预测风速，得出每一台风机轮毅处的风速、风向信息和每一台风机的风机功率特性曲线，从而最终得到整个风电场的所有风机的总出力信息。
在风电功率预测系统的实现过程中，除了取得数值天气预报信息，还需要采集风电场实时运行数据。风电场的单台风机运行数据由风电SCADA系统进行采集、存储和处理;公共气象数据由气象局提供，经过防火前后通过公共网络与风电场进行通信。通过准确采集风电场每一台风机的状态信息(如运行、检修、备用)，去除在风电功率预测的过程中的不确定因素，从而获得较高的预测精度。同时通过风电场中每一台风机本身测风装置的风速、风向数据和每台风机有功、无功数据，对预测结果做出评估，从而不断对算法进行修正和提高。
3.2风电场功率预测实践中的实现
就现实而言，在进行某一个风电场的全场功率预测时，我们只考虑风电场内各个风电机组之间的互相作用。而对某一风区的风电场总负荷进行功率预测时，则考虑各个风电场的相互作用，因此，预测结果不能简单的将区域内的所有风电场功率预测结果进行累加。由于地理和气象环境不同，不同地区的风电场在进行风电功率预测时，应使用不同的模型和预测方法。
在实际的系统实现过程中，我们采用主站集中、风场分布式的系统设计方案。即在电网调度部门设置专用的预测主站系统，在接收到气象局提供的全网各风电场数值天气预报数据后，对每一个风区的发电功率进行统一预测，最终将各个风区的功率预测结果汇总，作为全电网风力发电的总有功出力，用来指导全网机组的发电计划及ACE调整。同时在每个风电场内配备本地风电功率预测系统，对本风场发电负荷进行预测，再经过专业人员核对，将第二天的发电计划上传至省级调度控制中心相关部门。
结束语：
我国电力水平不断提升，人们应用的电能中不再是传统的火力发电得到电能，更多的是通过风力发电得到的电能，整体电网中并入了更多的风电场，但是风电具有一定的不稳定性、间歇性、随机性的特点，这就给电能调度带来了一些问题，为了解决这一问题，电力调度中心应用了风电场并网调度技术支持系统，有效的实现了风电场的实时监控和实施预测，为电网调度提供了必要的决策数据资料，该系统的子系统包括风电数据采集与监视控制系统、风电智能通信管理终端、数值天气预报系统、风电功率预测系统，每个子系统都有自身的功能和作用，其中最为重要的是风电场功率预测系统，通过其的预测，电力调度中心工作人员可以做出更加准确的调度指令，保证电网的稳定运行。
作者简介：吴萌助理工程师从事电厂自动化专业工作
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