專利名稱：一種風力發電場有功功率分配方法
技術領域：
本發明屬于風力發電場有功功率分配技術領域，更為具體地講，涉及對風力發 電場所有風力發電機組發電功率進行統一控制，保證電網穩定和風電場輸出電能質量的 有功功率分配方法。
背景技術：
全球能源緊缺以及環境污染問題的日益嚴重，使得清潔能源風力發電在世界范 圍內得到了快速的發展，風力發電在電網中的比重不斷增加。然而，風力發電受風速 影響很大，具有很強的隨機性和間歇性，大規模風電并網以后使得電力系統電能質量不 高，調度困難增加，嚴重影響了電網的安全性和穩定性。對風力電場功率輸出進行綜合 控制以適應風電的迅速增加，是當前電力系統運行中迫切需要解決的問題，也是促進風 力發電更好發展的需要。風力發電場有功功率分配方法通過對風電場中風力發電機組進行集中控制，以 提高風力發電場輸出電能質量，減少風力發電的波動性和隨機性對電網產生的不利影響 和實現風力發電機組的優化運行。風力發電場有功功率分配方法是提高風力發電場發電 電能質量并且保證并網運行的安全性和穩定性的關鍵。目前，大多數的國內風力發電場并不具備有功功率分配功能，這也是導致國內 風力發電質量不高，容易造成電網不穩定的重要原因。隨著風力發電場規模的擴大，以 及風力發電在全國總發電量中比重的增加，風力發電場有功功率分配方法的重要性也顯 得越來越突出。
發明內容
本發明的目的在于提供一種使風力發電場輸出由功率預測及電網調度信息確定 的設定功率，并保證整個風力發電場穩定、優化運行的有功功率分配方法。為實現上述發明目的，本發明風力發電場有功功率分配方法，其特征在于，包 括以下步驟(1)、針對通信正常并且可以控制的風力發電機組進行分類第一類故障風力發電機組，發生停機故障的風力發電機組，判斷故障風力發電 機組所需參數機組的運行狀態碼，若機組的運行狀態碼處于故障狀態，則機組屬于第 一類故障風力發電機組；故障風力發電機組分為兩類發生停機故障即將停機的機組和 發生停機故障已經停機的機組；第二類降功率輸出風力發電機組，發生降功率故障將要降低發電功率的機組， 判斷降功率輸出風力發電機組所需參數機組的降功率故障狀態碼，若機組的降功率故 障狀態碼處于故障狀態，則機組屬于第二類降功率輸出風力發電機組；第三類低風速區風力發電機組，處于低風速狀態的機組，判斷低風速區風力發 電機組所需參數機組的下一周期的預測功率小于上一周期的設定功率；
第四類高風速區風力發電機組，處于高風速狀態的機組，判斷所需參數機組 的下一周期的預測功率大于上一周期的設定功率；第五類待啟風力發電機組，停機故障已清除的停機機組和由功率分配需要而已 停機的無故障機組，判斷待啟風力發電機組所需參數機組的運行狀態碼，若風力機的 運行狀態碼處于待啟狀態，則機組屬于第五類停機待啟風力發電機組；其中第三類第四類機組中正常運行的機組稱為正常風力發電機組；第三類第四 類機組中總的歷史發電功率較大的機組稱為疲勞風力發電機組；第三類第四類機組中出 現報警運行故障碼的風力發電機組稱為報警運行風力發電機組；第三類第四類機組中出 現降功率故障報警的機組稱為報警降功率風力發電機組。(2)、根據風力發電場設定功率與功率測量值的差值AP執行功率分配策略當差值AP為正值時，執行升功率分配策略，反之，當差值AP為負值時，執行 降功率分配策略；al、升功率分配策略為將需要增加的功率，即差值AP分配給第四類風力發電 機組、第五類風力發電機組；a2、降功率分配策略為當風力發電場的降功率調節能力大于需要降低的功率時 執行淺限幅功率分配策略，否則執行深限幅功率分配策略；其中風力發電場的降功率調 節能力為所有第一、第二、第三、第四類機組功率都按照最小發電原則發電時，整個風 力發電場所能夠降低的總功率；在執行深限幅、淺限幅分配功率策略時第五類風力發電機組的設定值不變；當 降功率分配執行淺限幅功率分配策略時，機組降低功率的順序是第一類故障風力發電 機組、第二類降功率輸出風力發電機組、第三類低風速區風力發電機組、第四類高風速 區風力發電機組；當有功功率分配執行深限幅功率分配策略時，停機的順序是第二 類降功率輸出風力發電機組、第三四類中的報警降功率風力發電機組、第三四類中的報 警運行風力發電機組、第三四類中的疲勞風力發電機組，第三四類中的正常風力發電機 組。本發明的發明目的是這樣實現的本發明的風力發電場有功功率分配方法首先根據風場的運行參數，故障，預測 功率信息，將風力發電機組分為五類，然后與機組分類相結合，執行升降功功率分配策 略，優化了對風力發電場有功功率分配，提高風力發電機組的利用率。本發明的風力發電場有功功率分配方法考慮了機組的實際運行狀態、參數、故 障等因素，根據機組的升降功率調節能力將功率合理的分配給各機組，實現了風力發電 場中機組的優化運行，保證風力發電場輸出功率波動變化平緩，即穩定運行，并且使風 力發電場實時輸出功率達到風力發電場設定值。同時，在降功率分配中，將降功率分配 策略分為深限幅功率分配策略與淺限幅功率分配策略，使降功率在分配過程在滿足降功 率需求的基礎上，避免機組的頻繁啟停，保證機組合理運行。
圖1是風力發電場有功功率控制圖；圖2是風力發電機組分類流程圖3是春夏秋季升功率分配流程圖；圖4是冬季升功率分配流程圖；圖5是降功率分配流程圖；圖6是風力發電場測試連接圖；圖7是有功功率分配效果圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好 地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描 述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。實施例圖1是風力發電場有功功率控制圖如圖1所示，在本實施例中，風力發電場根據功率預測及電網調度信息確定風 力發電場功率設定功率。功率測量值為整個風力發電場實時的總發電功率值。功率控制 的目的就是保證風力發電場輸出功率波動變化平緩，并且使風力發電場實時輸出功率達 到風力發電場設定值，以達到功率控制的目的。在本實施例中，圖1中風力發電機組控制器，負責監控風力發電機組的運行狀 態和運行參數，并將風力發電機組的運行狀態返回給功率分配模塊。功率分配模塊將 風力發電場設定功率按照本發明的風力發電場有功功率分配方法分配給對應風力發電機 組，即根據風力發電場設定功率與功率測量值的差值AP來調整各個風力發電機組的設 定值，實現將風力發電場設定功率分配給對應風力發電機組。風力發電機組的分類考慮的因素包括機組運行參數和運行狀態。其中運行參數 包括風力發電場設定參數，風速的大小等；運行狀態包括發電功率，運行狀況，故 障等。有功功率分配結果最終以一臺風力發電機組功率設定值的形式分配給對應的機組。圖2是風力發電機組分類流程圖在本實施例中，圖2中判斷風力發電機組類型中通信是否正常、功率控制是否 受控、是否處于故障狀態、是否處于待啟狀態、降功率是否觸發等信息是通過圖1中風 力發電機組控制器返回的風力發電機組運行狀態信息進行判斷。狀態信息是通過風力發 電機組返回數據的報文格式中對應狀態碼的形式給出。例如在風力發電機組返回數據規 范中規定通信格式中某一位表示通信是否正常，若通信正常此位置1，否則置0。其余信 息判斷均采用此方法。風力發電機組的功率及狀態信息是通過定時查詢的方式得到，功 率分配模塊根據得到機組信息對機組進行分類。首先，判斷通信是否正常，不正常，分類結束，正常則繼續判斷功率控制是否 受控；功率控制不受控，分類結束，受控則繼續判斷風力發電機組(簡稱風機)是否處 于故障狀態；風力發電機組處于故障狀態，則為第一類故障風力發電機組，分類結束，否則 繼續判斷風力發電機組是否處于待啟狀態；
風力發電機組處于待啟狀態，則為第五類待啟風力發電機組，分類結束，否則 繼續判斷風力發電機組降功率是否觸發；風力發電機組降功率觸發，則為第二類降功率輸出風力發電機組，分類結束， 否則繼續判斷下一周期的預測功率小于上一周期的設定功率；風力發電機組下一周期的預測功率小于上一周期的設定功率，則第三類低風速 區風力發電機組，分類結束，否則，為第四類高風速區風力發電機組，分類結束。圖3、圖4分別為春夏秋季升功率分配流程圖與冬季升功率分配流程圖當風力發電場執行升功率分配策略時，此時第一類風力發電機組處于故障狀 態，即將停止運行或者已經停止運行，無法參與升功率功率分配。第二類風力發電機組 處于降功率輸出狀態，無法參與升功率功率分配。第三類風力發電機組處于低風速狀 態，預測功率小于上一周期的設定值，無法參與升功率功率控制。因此，升功率功率分 配主要控制第四類風力發電機組和第五類風力發電機組。在本實施例中，假設風力發電機組正常運行時最小風力發電機組發電功率為 Pmn，風力發電機組最小發電原則是指機組的功率設定值不小于Pmn。在本實施例中，由于第一，二，三類風力發電機組不能參與升功率功率分配， 直接對這三類風力發電機組給定功率設定值。第一類風力發電機組為停機；第二類風力 發電機組的功率設定值按照風力發電機組最小發電原則，第三類風力機的設定值不變。由于季節對功率分配影響，本發明對第四，第五類風力發電機組的功率設定采 取不同的分配方法。由于春夏秋季分配策略使盡量少的風力發電機組在運行狀態和停機 狀態之間轉換，所以先對第四類風力發電機組進行功率分配設定，然后對第五類風力發 電機組進行功率設定。冬季分配策略使盡量多的風力發電機組處于運行狀態，所以首先 啟動盡量多的第五類風力發電機組，然后再據升功率的需求對第四類風力發電機組功率 進行設定，達到發電功率需求。圖3為春夏秋季升功率分配流程，首先對第一，第二，第三類風力發電機組進 行功率設置，然后比較第四類風力發電機組的升功率調節能力與需要升高的功率大小， 即差值AP，判斷是否需要對第五類機組進行功率分配。如果大于，則第四類風力發電機 組設定值按單臺機組的升功率調節能力進行分配，第五類風力發電機組設定值為0;如 果小于，則第四類風力發電機組設定值為預測功率，然后啟動第五類風力發電機組。圖4為冬季升功率分配流程，首先對第一，第二，第三類風力發電機組功率設 定以后，設定于春夏秋季功率分配相同；然后盡可能多的啟動第五類風力發電機組，啟 動第五類風力發電機組并將剩余功率按單臺機組的升功率調節能力分配給第四類風力發 電機組。在本實施例中，升功率分配策略考慮了季節影響，分為春夏秋季功率分配原則 與冬季功率分配原則。春夏秋季功率分配原則與冬季功率分配原則考慮了外界溫度條件 采取了不同的分配策略，保證風力發電機組器件運行在合理的溫度條件下，避免了頻繁 啟動或者停機對電網帶來的沖擊，減小了對機組的損耗，保護了風力發電機組。圖5是降功率分配流程圖在執行降功率分配策略時，由于季節對功率分配影響，冬季分配策略使盡量多 的風力發電機組運行；春夏秋分配策略使盡量少的風力發電機組在運行與停機狀態間轉
7換，停機數量盡可能少。所以執行降功率分配策略時春夏秋季功率分配原則與冬季功率 分配原則的目的都是使風力發電機組的運行數量最多，因此功率分配流程相同。在本實施例中，風力發電場的降功率調節能力Peap，為所有第一，第二，第三， 第四類機組功率都按照最小發電原則發電時整個風力發電場所能夠降低的總功率，其中
P2，P3，&分別為第一類，第二類，第三類，第四類風力發電機組的實時發電總功 率。K為第二，第三，第四類風力發電機組功率預測功率大于最小風力發電機組發電功 率Pmm的總臺數。P7為預測功率小于最小風力發電機組發電功率Pmn的第三類風力發電 機組的總預測功率，&為預測功率小于Pmm的第二類風力發電機組的總預測功率。計算 最終需要對五類風力發電機組降低的功率API = AP+3total, API為風力發電場需要降低 的總的有功功率AP的修正，P3t。tal為所有功率控制不可控機組升高的總功率。API大于 0時符合繼續執行降功率分配策略條件。當最終需要降低功率API大于風電場降功率調 節能力P。ap時執行深限幅功率分配策略，否則執行淺限幅功率分配策略。執行淺限幅功率策略分配時，第一類風力發電機組屬于故障風力發電機組，故 風力發電機組的功率設定值為0，第二類將功率輸出風力發電機組按照最小發電功率設 定，第五類待啟風力發電機組設定值不變。為了使盡量多的風力發電機組的下一周期的 實際功率等于設定功率，降功率的順序為先降第三類風力發電機組，根據還需要降低 的功率與第三類機組降功率能力來判斷是否需要對第四類機組執行降功率再分配。深限幅功率分配策略需要停掉部分或者全部運行的風力發電機組，停機的順序 是停機的順序是第二類降功率輸出風力發電機組、第三四類中的報警降功率風力 發電機組、第三四類中的報警運行風力發電機組、第三四類中的疲勞風力發電機組，第 三四類中的正常風力發電機組。實例將本發明的功率分配策略應用于實際包含風力發電的國內某區域電網，該區域 電網包含若干大型風電場，選取某一個風力發電場作為監視區域，該風力發電場包含66 臺連接正常并且可以控制的機組，采集每一臺風力發電機組的最終功率分配結果。圖6為風力發電場有功功率控制示意圖。圖中機組旁標號為風力發電場中風力 發電機組的標示號。通過采集每臺風力發電機組的功率，故障碼，運行狀態等數據對每 臺風力發電機組進行分類。為簡化起見，本實施例中只討論第一個環網的機組分類，該 環網中3#，10#，14#風力發電機組返回數據報文中功率數據為0，并且故障碼為1，屬 于第一類故障風力發電機組；2#，8#，9#風力發電機組返回數據報文中降功率故障碼為 1，發電功率即將降低，屬于第二類降功率輸出風力發電機組；4#，13#風力發電機組故 障碼為均為0，并且對下周期的預測功率小于上周期的實際發電功率，屬于第三類低風 速區風力發電機組；1#，5#，6#，12#，15#，16#，18#風力發電機組故障碼為均為0， 并且對下周期的預測功率大于上周期的實際發電功率，屬于第四類高風速區風力發電機 組；7#，11#，17#風力發電機組中故障碼均為0，實際發電功率為0，屬于第五類待啟風 力發電機組。根據風力發電場的發電需求及風力發電機組的分類按照對應功率分配方法進行 功率分配。通過采集風力發電場中66臺風力發電機組的實時發電功率，確定實際風力發 電場的功率測量值。圖7為功率分配效果圖，圖中a點風場功率測量曲線由于風場中部分風機故障停機導致突然下降，在下一周期功率分配時恢復正常達到設定，響應時間較 小；b，C, d點功率波動時由于風速的突然增大或減小導致功率突然變化，但很快恢復達 到正常，抗干擾能力較好。從整體功率分配效果看，在執行升降功率分配過程中，風場 實際發電功率能夠跟隨設定功率，并且在能夠處理由于機組故障，風速突變引發的對有 功功率分配的影響。本發明風力發電場有功功率分配方法的實用性現有風力發電場有功功率分配策略一般采用平均分配的方法，將升高或者降低 的功率平均分配給風場中的風力發電機組，沒有考慮到風機的運行狀態及風力發電機組 的升高降低能力，對風力發電機組有很大的損害并且不能滿足風力發電場的有功功率分 配要求。此方法的提出彌補了現有風力發電場有功功率分配技術的不足，提供一種合理 的風力發電場有功功率的分配策略。特別的，本發明的有功功率分配策略考慮了實際風 力發電機組狀態，風力發電機組的升功率降功率能力，電網標準及風力發電場的實際運 行需求標準。對風電并網具有重要意義，促進了風力發電技術的發展。盡管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領的技術 人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普 通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍 內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種風力發電場有功功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、針對通信正常并且可以控制的風力發電機組進行分類第一類故障風力發電機組，發生停機故障的風力發電機組，判斷故障風力發電機組 所需參數機組的運行狀態碼，若機組的運行狀態碼處于故障狀態，則機組屬于第一類 故障風力發電機組；故障風力發電機組分為兩類發生停機故障即將停機的機組和發生 停機故障已經停機的機組；第二類降功率輸出風力發電機組，發生降功率故障將要降低發電功率的機組，判斷 降功率輸出風力發電機組所需參數機組的降功率故障狀態碼，若機組的降功率故障狀 態碼處于故障狀態，則機組屬于第二類降功率輸出風力發電機組；第三類低風速區風力發電機組，處于低風速狀態的機組，判斷低風速區風力發電機 組所需參數機組的下一周期的預測功率小于上一周期的設定功率；第四類高風速區風力發電機組，處于高風速狀態的機組，判斷所需參數機組的下 一周期的預測功率大于上一周期的設定功率；第五類待啟風力發電機組，停機故障已清除的停機機組和由功率分配需要而已停機 的無故障機組，判斷待啟風力發電機組所需參數機組的運行狀態碼，若風力機的運行 狀態碼處于待啟狀態，則機組屬于第五類停機待啟風力發電機組；其中第三類第四類機組中正常運行的機組稱為正常風力發電機組；第三類第四類機 組中總的歷史發電功率較大的機組稱為疲勞風力發電機組；第三類第四類機組中出現報 警運行故障碼的風力發電機組稱為報警運行風力發電機組；第三類第四類機組中出現降 功率故障報警的機組稱為報警降功率風力發電機組。(2)、根據風力發電場設定功率與功率測量值的差值ΔΡ執行功率分配策略當差值 ΔΡ為正值時，執行升功率分配策略，反之，當差值ΔΡ為負值時，執行降功率分配策 略；al、升功率分配策略為將需要增加的功率，即差值ΔΡ分配給第四類風力發電機 組、第五類風力發電機組；a2、降功率分配策略為當風力發電場的降功率調節能力大于需要降低的功率時執行 淺限幅功率分配策略，否則執行深限幅功率分配策略；其中風力發電場的降功率調節能 力為所有第一、第二、第三、第四類機組功率都按照最小發電原則發電時，整個風力發 電場所能夠降低的總功率；在執行深限幅、淺限幅分配功率策略時第五類風力發電機組的設定值不變；當降 功率分配執行淺限幅功率分配策略時，機組降低功率的順序是第一類故障風力發電機 組、第二類降功率輸出風力發電機組、第三類低風速區風力發電機組、第四類高風速區 風力發電機組；當有功功率分配執行深限幅功率分配策略時，停機的順序是第二類降 功率輸出風力發電機組、第三四類中的報警降功率風力發電機組、第三四類中的報警運 行風力發電機組、第三四類中的疲勞風力發電機組，第三四類中的正常風力發電機組。
2.根據權利要求1所述的風力發電場有功功率分配方法，其特征在于，所述的升功率 分配策略分為bl、春夏秋季升功率分配流程首先對第一，第二，第三類風力發電機組進行功率 設置，第一類風力發電機組為停機，第二類風力發電機組的功率設定值按照風力發電機組最小發電原則，第三類風力機的設定值不變；然后比較第四類風力發電機組的升功率調節能力與需要升高的差值ΔΡ，如果大于， 則第四類風力發電機組設定值按單臺機組的升功率調節能力進行分配，第五類風力發電 機組設定值為0，如果小于，則第四類風力發電機組設定值為預測功率，然后啟動第五類 風力發電機組；b2、冬季功率升分配流程首先對第一，第二，第三類風力發電機組進行功率設 置，第一類風力發電機組為停機，第二類風力發電機組的功率設定值按照風力發電機組 最小發電原則，第三類風力機的設定值不變；然后盡可能多的啟動第五類風力發電機組，啟動第五類風力發電機組并將剩余功率 按單臺機組的升功率調節能力分配給第四類風力發電機組。
全文摘要
本發明公開了一種風力發電場有功功率分配方法，首先根據風場的運行參數，故障，預測功率信息，將風力發電機組分為五類，然后與機組分類相結合，執行升降功功率分配策略，優化了對風力發電場有功功率分配，提高風力發電機組的利用率。由于有功功率分配方法考慮了機組的實際運行狀態、參數、故障等因素，根據機組的升降功率調節能力將功率合理的分配給各機組，保證風力發電場輸出功率波動變化平緩，即穩定運行，并且使風力發電場實時輸出功率達到風力發電場設定值。同時，在降功率分配中，將降功率分配策略分為深限幅功率分配策略與淺限幅功率分配策略，使降功率在分配過程在滿足降功率需求的基礎上，避免機組的頻繁啟停，保證機組合理運行。
文檔編號H02J13/00GK102013699SQ201010518499
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者徐紅兵, 鄒見效, 鄭剛 申請人:電子科技大學