專利名稱：基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法
技術領域：
本發明涉及一種基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，屬于新能源發電技術中的風電場控制技術領域。
背景技術：
近年，國內風力發電發展迅猛，截至2010年底，國內風電總裝機容量已經超過 4000萬千瓦，特別是在部分風電重點發展地區，風電裝機容量所占比重已經與世界風電發達國家相近。如此大規模的風電接入電網將對電網的安全、穩定運行帶來新的問題和挑戰， 為了使風電能夠與電網協調發展，國內已有部分學者專家提出了“電網友好型”風電場的概念。所謂“電網友好”，即要求風電場應盡可能像常規電源一樣具備可測、可控和可調的特性。2011年11月4日，赤峰東山風電場被東北電網公司認定為國內首家“電網友好型”風電場。與普通風電場相比，該風電場具有三個特點一是風機具有有功無功調節和低電壓穿越能力，確保電網發生波動時風機不解列；二是風場擁有風功率預測系統，能夠完成風電場 48小時內的短期功率預測和15分鐘至4小時的超短期功率預測；三是實現了風機的遠程調節控制。盡管該風電場已經較普通風電場取得重大技術突破，但距離真正意義上的電網友好還存在較大的差距。
要真正實現風電場的電網友好，風電場有功功率控制是必須要解決的一個關鍵技術問題。目前，在風電場有功功率控制方面，國內主要采取的做法是當風電場接收到電網調度部門下發的有功功率計劃或調節指令，對可調機組進行比例分配。這與與國外風電發達國家相比還存在較大的差距，主要原因在于1)國內尚未完全掌握風電機組發電關鍵設備控制核心技術；2)未能充分利用風電功率預測信息和電網調度指令對風電場進行綜合功率控制。因此，要從真正意義實現風電場有功功率與電網的協調控制，首先需要解決風電場自身的有功功率控制問題。發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有風電場無法實現在線有功功率合理調節的問題，提供一種基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是包括如下步驟一、風電功率預測信息預處理，綜合考慮短期功率預測和超短期功率預測信息，利用超短期功率預測信息對短期功率預測信息進行修正，形成未來0、小時的風電功率預測修正信息序列；二、根據電網調度部門下發的有功功率指令Amd和風電場當前輸出有功功率慫，按式 (1)計算風電場的功率調節量ΔΛ^P=Pcmi-P0(1)三、風電機組群初步分配方案制定，根據步驟二計算得到的風電場功率調節量，以風電場內風電機組在當前時刻的運行狀態、檢修狀態為約束，將風電機組分為可參與調節機組 Qkt和不可調節機組Qbt ；四、風電機組群優化分配方案制定，根據風電功率預測信息對步驟三中可參與調節機組再進行細化分群，將風電機組分為優先調節機組Qyx和備選調節機組Qbx;五、調節機群選擇，根據步驟二計算得到風電場功率調節量，在步驟二和步驟三的機群劃分結果中，選擇合理機群；六、在選擇的調節機群中對步驟二計算得到的風電場功率調節量進行分配，并進行調節；七、設置控制延時，當控制延時滿足條件時，返回步驟一進行下一控制計算。
其中，步驟一的具體步驟是a、風電場共有臺風電機組，按每15分鐘預報一次功率，分別建立每臺風電機組未來 1小時的短期功率預測信息序列Ps和超短期功率預測信息序列Pss，^sU ^sU ^sU ^SlI1s = I ； ； ； U⑵Pm Λ ^mJ^snρ, O1 sslj 1StlS ^kW^ = I ； ； ； ；丨⑶PPPP^‘ 餓,2 ssn3 iss,4進入步驟辦；么根據式(4)計算未來(Γ4小時第i臺風電機組在第J個預報點的功率預測修正信息Pti,raXPsiJ+bXPssiJ(4)(4)式中，a和力為修正因數，滿足關系a>0，力>0，且a+6=l， 進入步驟c ；C、生成風電場功率預測修正信息序列已，U -ζ ,2 ^1,3ρΓ 二 ； ；‘Lj^l^8,3 4,4(5)進入步驟二。
其中，步驟三的具體步驟是<3、判斷機組狀態，若機組處于停運狀態或檢修狀態，將該機組劃分為不可調節機組，進入步驟辦；^根據ΔΡ對在運機組進行進一步劃分，計算第i臺風電機組在下一時刻t2功率預測值較當前時刻tl功率預測值的變量AK2-Z^1(6)若ΔΡ和Δ/^.同為正或同為負，將該機組劃分為可參與調節機組，否則將該機組劃分為不可調節機組，進入步驟c ；C、判斷是否所有風電機組都劃分完畢，若未劃分完畢，返回步驟a，否則，進入步驟i/； Λ進入步驟四。
其中，步驟四的具體步驟是a、判斷第i臺風電機組是否屬于可參與調節機組，若不是，進行下一臺機組的判斷，否則，進入步驟辦；^計算風電機組在t3時刻相對t2時刻的功率預測變化值ΔΑ ri,LP Ti~PTi, 3 ~ ^ri, 2(了)進入步驟C ；C、若Δ/^.和LP, 同為正或同為負，將該機組劃分為優先調節機組，否則將該機組劃分為備選調節機組，進入步驟d ；Λ判斷是否所有風電機組都劃分完畢，若未劃分完畢，返回步驟a，否則，進入步驟6 ； e、進入步驟五。
其中，步驟五的具體步驟是a、計算優先調節機組的可調有功功率總容量/V進入步驟辦；辦、判斷/^p是否滿足ΔΡ的要求，若滿足，進入步驟六，否則，進入步驟c ； C、計算優先調節機組的有功功率缺額/\， P^KP-Pv(9)進入步驟d ；Λ計算備選調節機組的可調有功功率總容量及， K = 2 - )( ο)判斷及是否滿足&的要求，若滿足，進入步驟六，否則，進入步驟e ； e、令Pa=忍，進入步驟六。
其中，步驟六的具體步驟是a、判斷八是否為0，若八為0，表明只有優先調節機組參與調節，進入步驟力，否則，表明備選調節機組也參與調節，進入步驟d ；辦、計算每臺優先調節機組的有功功率調節比例冬，t — P / V P'S - iIia ‘ Zj iIiJ(11)進入步驟C ；C、計算每臺優先調節機組的有功功率調節量 APyxj=AjX AP(12)進入步驟穿；Λ將優先調節機組有功功率設為預測最大可利用量Λ·,.,2，計算備選調節機組的有功功率調節量，APb=AP-P(13)進入步驟e ；e、計算每臺備選調節機組的有功功率調節比例I，=(14)進入步驟八計算每臺備選調節機組的有功功率調節量LPwn AH.X(15)進入步驟穿；^將有功功率調節指令下發給各臺風機，等待下一個調控指令，進入步驟七。
本發明的有益效果如下(1) 本發明為風電場提供了一種基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法， 能夠根據超短期風電功率預測和短期功率預測在一定的置信區間內準確制定風電場的有功功率分配方案，在接收到電網調度部門下發的有功功率計劃或調節指令后，能夠實現對風電場有功功率的統一規劃和控制。
(2)本發明提出的基于功率預測信息的風電機組分群方法，能夠根據未來多個時段內風電機組有功功率輸出的變化趨勢，合理劃分風電機群，減少風電機組的調節次數，降低頻繁調節對風電機組壽命的影響。
(3)本發明提出的基于功率預測信息的風電有功功率控制方法能夠實現風電場的智能控制，提高風電場的運營、管理水平。
圖1為本發明中風電有功功率自動控制流程示意圖。
圖2為實施例一中電網調度部門下發的有功功率指令。
圖3為實施例中各臺風電機組的功率預測值。
圖4為實施例二中電網調度部門下發的有功功率指令。
具體實施方式
下面參照附圖并結合實施例對本發明作進一步詳細描述。但是本發明不限于所給出的例子。
實施例一本發明基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法用于優先調節機組容量滿足電網調度部門有功調節指令的情況。電網調度部門下發的有功功率指令從tl時刻開始由3MW 上升至5MW，故ΔΡ為2MW，如圖2所示。
設并網風電場共有7臺單機容量為2MW的雙饋風電機組，其中，7#機處于檢修停運狀態，其余6臺機組在未來1小時的功率預測值如圖3所示。
首先，根據步驟三對機組進行初步分群，將1# 6#機組劃分為可調節機組，7#機組劃分為不可調節機組。
下一步，根據步驟四對可調節機組進行進一步劃分。根據圖2所示的功率預測值可見，1#機組和姊機組在t2時刻的功率預測值較tl時刻下降，因此，將其劃分為備選調節機組，3# 6#機組劃分為優先調節機組。
劃分完集群后，進入步驟五判斷優先調節機組的有功功率可調節容量是否滿足電網部門調度指令要求。根據計算，調度指令所需的有功調節量為2MW，3# 6#機組在t2時刻的功率預測值較tl時刻共增加了 3. 8MW，滿足調度指令要求。進入步驟六，在優先調節機組間對2麗有功調節量進行分配，由于在tl時刻，各臺機組輸出的有功功率相等，因此，每臺機組的有功功率調節比例均為0. 25，得到3 Γ6#機組的有功功率調節量為0. 5MW。完成調節后，進入下一步調控，重復上述步驟，后續各步驟電網調度指令未發生變化。最后，經過調節后的1 Γ6#機組輸出有功功率分別為0. 5MW、0. 5麗、1麗、1麗、1麗和1麗。由此可見，按本發明方法，只需在t2時刻對3# 6#機組進行1次調節即可滿足未來1小時的功率要求，風電機組的總調節次數為4臺/次。
若根據傳統的比例分配方式，為滿足電網調度下發的功率指令，在t2時刻，1 Γ6# 機組均調節有功功率0. 33麗，即所有風電機組的輸出有功功率為0. 83麗，有功功率總量為5麗滿足調度指令；在t3時刻，由于1#和姊機組有功功率下降為0. 7麗，由此引起的0.沈麗的功率偏差需由3# 6#分擔，故3# 6#機組各增加0. 07麗，輸出有功功率達到0.9MW。經過調節后的1# 6#機組輸出有功功率分別為0. 7MW、0. 7MW、0. 9MW、0. 9MW、0. 9MW 和0. 9MW。由此可見，按傳統方法進行控制時，滿足各時段的調度指令，風電機組共調節了 12臺/次。
實施例二 本發明基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法用于優先調節機組容量滿足電網調度部門有功調節指令的情況。電網調度部門下發的有功功率指令從tl時刻開始由3MW 上升至7. 5MW,故ΔΡ為4. 5MW,如圖4所示。
設并網風電場共有7臺單機容量為2MW的雙饋風電機組，其中，7#機處于檢修停運狀態，其余6臺機組在未來1小時的功率預測值如圖3所示。
首先，根據步驟三對機組進行初步分群，將1# 6#機組劃分為可調節機組，7#機組劃分為不可調節機組。
下一步，根據步驟四對可調節機組進行進一步劃分。根據圖2所示的功率預測值可見，1#機組和姊機組在t2時刻的功率預測值較tl時刻下降，因此，將其劃分為備選調節機組，3 Γ6#機組劃分為優先調節機組。
劃分完集群后，進入步驟五判斷優先調節機組的有功功率可調節容量是否滿足電網部門調度指令要求。根據計算，調度指令所需的有功調節量為4. 5MW，3iT6#機組在t2時刻的功率預測值較tl時刻共增加了 3. 8MW，不滿足調度指令要求。進入步驟六，此時，優先調節機組全部以最大有功功率進行控制，但仍有0. 7MW無法滿足要求，需要備選調節機組參與調節，在備選調節機組間對0. 7麗有功調節量進行分配，由于在tl時刻，各臺機組輸出的有功功率相等，因此，每臺機組的有功功率調節比例均為0. 5，得到備選調節機組的有功功率調節量為0. 35MW。完成調節后，進入下一步調控，重復上述步驟，后續各步驟電網調度指令未發生變化。最后，經過調節后的1曠6#機組輸出有功功率分別為0. 85MW、0. 85MW、1.5MW、1. 5MW、1. 4麗和1. 4麗。由此可見，按本發明方法，需在t2時刻對1# 6#機組進行1 次調節即可滿足未來1小時的功率要求，風電機組的總調節次數為6臺/次。
若根據傳統的比例分配方式，為滿足電網調度下發的功率指令，在t2時刻，1 Γ6#機組均調節有功功率0. 75MW,即所有風電機組的輸出有功功率為1. 25MW，有功功率總量為 7. 5MW滿足調度指令；在t3時刻調度指令未發生變化，各臺風電機組仍保持原狀態運行。由此可見，按傳統方法進行控制時，滿足各時段的調度指令，風電機組也調節了 6臺/次。
權利要求
1.基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是包括如下步驟一、風電功率預測信息預處理，綜合考慮短期功率預測和超短期功率預測信息，利用超短期功率預測信息對短期功率預測信息進行修正，形成未來0、小時的風電功率預測修正信息序列；二、根據電網調度部門下發的有功功率指令Amd和風電場當前輸出有功功率Λ)，按式 (1)計算風電場的功率調節量ΔΛ^P=Pcmi-P0(1)三、風電機組群初步分配方案制定，根據步驟二計算得到的風電場功率調節量，以風電場內風電機組在當前時刻的運行狀態、檢修狀態為約束，將風電機組分為可參與調節機組 Qkt和不可調節機組Qbt ；四、風電機組群優化分配方案制定，根據風電功率預測信息對步驟三中可參與調節機組再進行細化分群，將風電機組分為優先調節機組Qyx和備選調節機組Qbx;五、調節機群選擇，根據步驟二計算得到風電場功率調節量，在步驟二和步驟三的機群劃分結果中，選擇合理機群；六、在選擇的調節機群中對步驟二計算得到的風電場功率調節量進行分配，并進行調節；七、設置控制延時，當控制延時滿足條件時，返回步驟一進行下一控制計算。
2.根據權利要求1所述的基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是 步驟一的具體步驟是a、風電場共有臺風電機組，按每15分鐘預報一次功率，分別建立每臺風電機組未來 1小時的短期功率預測信息序列Ps和超短期功率預測信息序列Pss，進入步驟辦；么根據式(4)計算未來(Γ4小時第i臺風電機組在第J個預報點的功率預測修正信息
3.根據權利要求1所述的基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是 步驟三的具體步驟是<3、判斷機組狀態，若機組處于停運狀態或檢修狀態，將該機組劃分為不可調節機組，進入步驟辦；^根據ΔΡ對在運機組進行進一步劃分，計算第i臺風電機組在下一時刻t2功率預測值較當前時刻tl功率預測值的變量AK2-Z^1(6)若ΔΡ和Δ/^.同為正或同為負，將該機組劃分為可參與調節機組，否則將該機組劃分為不可調節機組，進入步驟c ；C、判斷是否所有風電機組都劃分完畢，若未劃分完畢，返回步驟a，否則，進入步驟i/；Λ進入步驟四。
4.根據權利要求1所述的基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是 步驟四的具體步驟是a、判斷第i臺風電機組是否屬于可參與調節機組，若不是，進行下一臺機組的判斷，否則，進入步驟辦；^計算風電機組在t3時刻相對t2時刻的功率預測變化值ΔΑ ri,LP Ti~PTi, 3 ~ ^ri, 2(了)進入步驟C ；C、若Δ/^.和LP, 同為正或同為負，將該機組劃分為優先調節機組，否則將該機組劃分為備選調節機組，進入步驟d ；Λ判斷是否所有風電機組都劃分完畢，若未劃分完畢，返回步驟a，否則，進入步驟6 ；e、進入步驟五。
5.根據權利要求1所述的基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是 步驟五的具體步驟是a、計算優先調節機組的可調有功功率總容量/V進入步驟辦；辦、判斷/^p是否滿足ΔΡ的要求，若滿足，進入步驟六，否則，進入步驟c ； C、計算優先調節機組的有功功率缺額/\， P^KP-Pv(9)進入步驟d ；Λ計算備選調節機組的可調有功功率總容量及， H (尺’2 -尸ru)(10) βΠι,.判斷及是否滿足&的要求，若滿足，進入步驟六，否則，進入步驟e ； e、令Pa=忍，進入步驟六。
6.根據權利要求1所述的基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，其特征是步驟六的具體步驟是a、判斷八是否為0，若八為0，表明只有優先調節機組參與調節，進入步驟力，否則，表明備選調節機組也參與調節，進入步驟d ；辦、計算每臺優先調節機組的有功功率調節比例先.，進入步驟c ；c、計算每臺優先調節機組的有功功率調節量LP-(12)進入步驟穿；^將優先調節機組有功功率設為預測最大可利用量Λ·,.,2，計算備選調節機組的有功功率調節量Δ/^χ，APbx= Δ"-Pp(13)進入步驟e ；e、計算每臺備選調節機組的有功功率調節比例勾，Ki = U λ(14)J^h,.進入步驟八計算每臺備選調節機組的有功功率調節量LPwi, A^bx(15)進入步驟穿；f將有功功率調節指令下發給各臺風機，等待下一個調控指令，進入步驟七。
全文摘要
基于功率預測信息的風電場有功功率控制方法，包括如下步驟一、風電功率預測信息預處理；二、計算風電場的功率調節量；三、風電機組群初步分配方案制定；四、風電機組群優化分配方案制定；五、調節機群選擇；六、風電場功率調節量分配；七、判斷控制延時觸發下一次控制。本發明能夠根據超短期風電功率預測和短期功率預測信息對風電機組進行合理分群，在一定的置信區間內準確制定風電場的有功功率分配方案，實現對風電場有功功率的統一規劃和控制，減少風電機組調節次數，降低頻繁調節對風電機組壽命的影響。
文檔編號H02J3/18GK102510093SQ20111042670
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者呂宏水, 朱凌志, 陳寧, 陳梅 申請人:國網電力科學研究院