摘要：为了提高风电场能量管理和运行控制水平，基于风电场分布式能量管理系统(EMS)的体系结构，研发了基于全景精细化模型的风电场EMS。首先，阐述了风电场在能量管理层面面临的主要技术挑战及EMS功能层次划分，然后分别从公用数据平台、精细化建模、实时态势感知、评估预警、优化调度、有功/无功协调控制等多个层面介绍各关键模块的信息流和主要功能。所研发的智能化风电场能量管理系统已经在多家风电场投入应用。
关键词：电力系统；风力发电；智能化风电场；全景精细化
1关于全景可视化技术的相关内容
其一，在三维可视化系统中，存在着很多中不同性质的数据。而这些数据在表达的过程中，都会面临着很大的储存问题或者是处理问题。而在现实情况中，一条完整的输电线路，往往会长达几十公里甚至是上百公里。在这样的情况下，其所拥有的模型数据也会变得很大，然后再加上其他的矢量数据、相关的设备模型等很多数据，这样一来，其在搭建三维场景的过程中就会变得非常复杂。其二，在二维GIS系统中，针对电力设备的表示，一般都是用抽象符号来代替的，在实际情况中，这种符号不仅无法直观地显示出设备的结构，也无法表示出各个设备之间的关系。而三维全景可视化技术，就能够真实地模拟出输电设备运行情况。这样一来，就会使得模型的本身变得非常复杂。所以说，对于三维全景可视化技术来说，科学地设计模式，有效地梳理电力设备，就是其在输电线路中有效应用的重点。其三，在输电线路的规划设计中，利用三维全景可视化技术所呈现出来的系统相当于一个综合展示管理平台，集输电设备模型、地形数据、设备信息属相管理等各种数据于一体。
1.2针对动态数据也可以实现三维的可视化管理
在巡检过程中，相关的工作人员可以将相关的巡检设备安装在无人机上，借助无人机来针对某些地形比较复杂的输电线路进行巡检。在这个过程中，巡检的相关数据也将会被实时传送到三维可视化平台。这样一来，相关的工作人员就可以针对输电线路走廊进行及时、有效的动态管理，从而更安全、更准确地了解有关输电线路的运行情况。实现与CAD工程设计的一体化结合在实际情况中，借助三维全景可视化技术，就能够为人们提供一种可视化的环境。而对于电力行业来说，则一般拥有着大量的二维、三维CAD等复杂的数据资料。因此，若是能够借助三维全景可视化技术来将这些CAD数据融合到相应的三维场景中，那么就能够使得三维场景得到更好的展现，还能够提高工作效率。
2关键技术
2.1基于面向关系型内存库的公用数据平台
针对风电场的数据多源难题，本文提出了基于面向关系型内存库的公用数据平台，实现了EMS高级应用与4大基础数据采集和控制系统的隔离，如图1所示。
图1 风电场EMS公用数据平台
主要技术特点：
(1)提供DL/T104规约、MODBUS规约、E文件接口、私有接口等多种格式数据接口，可实现对不同类型控制系统的自适应接入。(2)提供面向关系的内存数据库，确保访问速度和使用便捷，实现风电场多类型数据的集成，为后续应用提供高效数据接口。
2.2全景精细化网络建模
(1)建立覆盖“风机-箱变-馈线-升压站-并网线路”的全风电场电力模型。
(2)由于风电场内35kV馈线未换相以及主变中性点未接地等，部分风电场存在三相不平衡问题，220kV并网母线电压的A、B相电压之差可达3~5kV。为此，需要建立风电场的三相电力模型。
(3)风电场外网等值电抗的精确程度将影响控制设备调节对电压灵敏度的计算准确度，风电场应当具备外网等值功能，自动接入调度主站下发的外网等值信息并与本地模型进行拼接形成完整的风电场电力模型。
(4)为了计算风电场最大出力，风电场一般存在标杆风机、测风塔等设备；风电场的动力源是风能，由于“尾流效应”等因素的影响，空间分布的风机出力将在一定程度上影响全场出力。为此，需要结合GIS信息，建立风电场的风力网络模型，从而更加准确地刻画风电场内风能与电能之间的关系。
2.3风电场态势感知
为了解决风电场内多种监控系统独立运行的问题，智能化风电场能量管理系统需要研制风电场的态势感知及状态监视功能。
(1)基于DL/T104规约、MODBUS规约、E文件接口、私有接口等多种数据接口，分别从风机监控系统采集风机数据，从升压站监控系统采集升压站数据，从SVC/SVG监控系统采集SVC/SVG设备数据，从风功率预测系统采集风功率预测信息，通过量测映射，建立风电场的电力量测模型。
(2)风电场测点主要集中在升电站内和风机机端，馈线和箱变上基本没有测点，需要使用状态估计工具完成风电场状态计算，并结合风电场量测特点研制风电场参数辨识模块以提高支路参数精度，研制风电场量测优化配置模块为提高风电场可观测度提供依据。
(3)风场在有功出力较小(甚至为零)时，风机、SVC/SVG等控制设备依然可以作为无功源参与电网调压，因此，需要改变区别于传统电网潮流计算时根据有功出力大小来判断是否活岛的判据，使得风电场能量管理系统在小风(甚至停风)状态下依然发挥作用。
(4)结合精细化模型提供的高精度外网等值模型以及准稳态计算模型，通过雅可比矩阵求逆，分别在线计算控制设备有功/无功调节对风电场各电压等级母线电压以及全场有功损耗的灵敏度，为后续控制决策提供基础灵敏度信息。
2.4评估预警
(1)结合测风塔数据和标杆风机的“风力-电气”数据，建立风机最大有功出力的评估模型，一方面为全风电场最大有功出力评估提供基础数据，另一方面为风电场内有功分配提供评估基准。
(2)在控制中心侧，风电场按等值发电机来处理，控制主站并不掌握等值发电机无功出力上下限，需要研制风电场无功能力评估模块，结合场内各设备的无功限值约束以及场内母线的电压运行约束，在线计算生成等值发电机的无功出力上下限。
(3)电网与风电场的边界是并网点，并网点母线电压运行上下限由电网决定，同时由于风电场的辐射网运行特点以及场内缺乏必要的PV节点支撑，并网点母线电压高低将直接影响整个风电场的电压水平，因此，需要研制风电场并网点电压可行空间评估模块，结合风电内各节点的电压约束以及各控制设备的无功调节能力，在线确定生成并网点母线电压可行约束。
在风电场预警模块，包括基态预警、N-1预警、预测预警3个层次功能。
(1)基态预警：巡视基态潮流信息，输出电压越上限/下限的母线信息，并实时告警；
(2)N-1预警：在基态潮流的基础上，按顺序依次开断风电机组、馈线、主变，对可能发生的基态不越限但N-1后越限的母线节点，输出告警信息；
(3)预测预警：结合风功率预测信息，通过潮流分配和电压调整，生成下一时刻(5min后)的风电场预测潮流断面，并基于预测潮流分别开展基态预警和N-1预警。
结语
在研发和应用的角度，本文详细阐述了智能化风电场EMS的功能架构和关键技术，并通过应用实例说明了风场EMS相关功能指标，实际运行结果表明，本文系统能满足风电场能量管理的实时性、复杂性和快速性要求。
参考文献
[1]雷亚洲.与风电并网相关的研究课题[J].电力系统自动化,2003,27(8):84-89.