以有功損耗最小為目標的風電場有功功率自動分配方法
【專利摘要】本發明涉及一種以場內有功損耗最小為目標的風電場有功功率分配方法，屬于新能源接入電力系統的運行和控制【技術領域】。該方法為：計算各風電機組的單位功率送出損耗，在響應增加風電指令時，優先提高單位功率送出損耗最小的風電機組，在響應降低風電指令時，優先降低單位功率送出損耗最大的風電機組，在風電保持時，啟動有功置換功能，降低單位功率送出損耗最大的風電機組出力，提高單位功率送出損耗最小的風電機組出力。本方法能夠實時根據風力發電運行狀態和風電機組的運行狀態，實施最適宜的控制策略，保證準確追蹤調度主站下發的控制指令，優化風電場內各風電機組的有功分布，降低風電場的有功功率損耗。
【專利說明】W有功損耗最小為目標的風電場有功功率自動分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于新能源接入電力系統的運行和控制【技術領域】，特別涉及W場內有功損 耗最小為目標的風電場有功功率自動分配方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，全國眾多大型風電基地的建成投產，改變了原有的電源結構，風電對電網 的影響逐步增大，由只對局部電網的無功電壓影響，上升到對大電網調峰、調頻的影響。國 家電網公司發布的《風電場接入電網技術規定》指出；"風電場應具備有功功率調節能力，能 根據電網調度部口指令控制其有功功率輸出。為了實現對有功功率的控制，風電場應配置 有功功率控制系統，接收并自動執行調度部口遠方發送的有功功率控制信號。"按照規定要 求，風電場應積極建設有功功率自動控制系統，滿足電網公司要求，提高電網風電功率自動 調節水平，確保電網穩定運行。
[0003] 能量管理系統（EM巧傳統意義上的自動有功控制（AGC)模塊主要調節對象為火力 發電機組和水力發電機組，在確保電網頻率穩定方面發揮了重要作用。借鑒電網調度原EMS 系統中AGC模塊成功的運行經驗，風電有功自動控制系統應根據電網EMS和風電場實時數 據采集系統的實時信息、電網發電計劃W及風電場功率預測系統信息，通過對風電場上網 有功功率的控制調節，達到對大型風電場內幾十臺風電機組的有功功率控制。
[0004] 在實際運行中，電網調度端AGC系統將每個大型風電場看成一臺機組，作為系統 的控制對象。電網調度端AGC系統參考發電計劃和風功率預測結果進行指令計算，然后發 送有功功率指令到風電場端AGC模塊。風電AGC模塊根據接收到的調度有功功率指令通過 分配計算出每臺風機的有功輸出目標，最后將目標下發到每臺風機實現風機功率的調節。
[0005] 考慮到風電場內的集電線路、變壓器等有功損耗，調度端的有功功率指令指的是 風電場內所有風機的有功總加，此時調度端下發給風電場的有功功率指令其實只有一個數 值。風電場AGC模塊雖然需要控制場內幾十臺風機的有功出力，但最終只要使風電場送出 線路的上網總有功達到調度有功控制指令值即可。
[0006] 本發明方法是W電網調度主站、風電場升壓站監控系統W及風電機組監控系統等 軟硬件結構為基礎的風電場有功出力控制方法。其中涉及的已有的軟硬件結構包括：電網 調度主站是指設置在電網調度（控制）中也，站在全電網角度，通過控制分析計算并發出各 風電場有功功率控制指令的計算機系統及軟件。風電場升壓站監控系統，是指風電場采集 高壓并網變電站實時數據，并對變電站進行控制的計算機系統及軟件。風電機組監控系統 是W計算機技術和通信技術為基礎對風電機組運行過程進行實時監視和控制的計算機系 統及軟件。
[0007] 為了實時追蹤調度主站下發的有功控制指令，風電場一般采用調節并網風電機組 的有功出力的自動控制手段，傳統的有功功率分配方法只是把功率調整量W等功率裕度或 者等比例的方式簡單分配到各臺機組，實際上風電場內電網呈現典型的"微電網"特點，各 風電場與并網點電氣距離并不相同，在同樣的有功控制指令條件下，不同的有功分配方式， 可能帶來風電場內各集電線路及變壓器上不同的網絡損耗，導致風電上網并不相同。
【發明內容】
[000引本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提出一種W場內有功損耗最小為目標 的風電場有功功率分配方法，W適應目前風力發電的快速波動化、降低風電場有功功率損 耗的多重控制需求。
[0009] 本發明提出的一種W (場內）有功損耗最小為目標的風電場有功功率分配方法， 其特征在于，包括W下步驟：
[0010] 1)從風電機組監控系統采集當前并網運行的各風電機組的實時有功出力p\有功 上限和有功下限公，從電網調度中也實時采集控制指令pset，從升壓站監控系統實時采 集風電場并網點有功出力設定值P"al .
[0011] 2)在風電場的福射狀態電網結構中，定義第i臺風電機組發出的電力輸送到風電 場并網點的支路集合為Qi，定義第i臺風電機組的發電成本（即該風電機組的單位功率送 出損耗）為，并滿足如式（1)所示的關系：
[0012] (1)
[001引其中，鮮為屬于巧的第j條支路的電阻值，i、j均為正整數；
[0014] 3)根據控制指令pS6t判斷電網調度主站的接納風電的能力：
[00巧]3. 1)若pset > pteal+pdead，pdead為給定的風電場有功控制死區（由管理部口人工指 令，一般為風電場容量的0.5%?2%，典型值為1%)，則表征電網調度主站具有繼續接納 風電的能力，風電場可增加風電場的有功出力，轉步驟4);
[001引 3.。若護6*<擴31-口<163<1，則表征電網調度主站需要該風電場放棄部分有功出力，W 保證電網安全，轉步驟6);
[0017] 3.如若|pS6t-p"al| <pdead，表征當前風電場有功出力滿足調度主站要求，風電場出 力保持，轉步驟7);
[0018] 4)根據控制指令pS6t與計算得到的當前風電場所有并網風電場機組的理論最大 可發功率：
【權利要求】
1. 一種以有功損耗最小為目標的風電場有功功率分配方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟： 1) 從風電機組監控系統采集當前并網運行的各風電機組的實時有功出力pw、有功上限 P和有功下限f，從電網調度中心實時采集控制指令Psrt，從升壓站監控系統實時采集風 電場并網點有功出力設定值Pral; 2) 在風電場的輻射狀態電網結構中，定義第i臺風電機組發出的電力輸送到風電場并 網點的支路集合為定義第i臺風電機組的發電成本為巧，并滿足如式（1)所示的關系：
其中，為屬于的第j條支路的電阻值，i、j均為正整數； 3) 根據控制指令Psrt判斷電網調度主站的接納風電的能力： 3. 1)若psrt>pMal+pdMd，pdead為給定的風電場有功控制死區，有功控制死區為風電場容 量的0. 5%?2%，則表征電網調度主站具有繼續接納風電的能力，風電場可增加風電場的 有功出力，轉步驟4); 3. 2)若psrt<pMal-pdMd，則表征電網調度主站需要該風電場放棄部分有功出力，以保證 電網安全，轉步驟6); 3. 3)若I psrt-pMal I < pdMd，表征當前風電場有功出力滿足調度主站要求，風電場出力保 持，轉步驟7); 4) 根據控制指令Psrt與計算得到的當前風電場所有并網風電場機組的理論最大可發
對所有并網風電機組有功出力進行判定，其中，QK為所有并網運行 的風電機組集合，P7為第i個并網運行風電機組的有功出力上限，由風電機組監控系統根 據當前風速和風機參數實時計算得出： 4. 1)若pset > pw'max，將所有并網風電機組有功出力置為其出力上限，轉步驟11); 4.2)若 pw'max 彡 pset，轉步驟 5); 5) 設已經并網運行、具備自動調節能力并且風電有功出力可增的風電機組集合為Qu， 對Qu內各風電機組按照發電成本從小到大進行排序，并選擇集合Qu內前N1個風電機組 構成增功率集合，N1滿足如式（2)所示關系：
按照式（3)設置上述增功率集合中的風電機組有功出力設定值：
式⑵和式（3)的含義是：優先利用發電成本最小的N1個風電機組來執行風電場增加 有功出力的指令；轉步驟11); 6) 設已經并網運行、具備自動調節能力并且風電有功出力可減少的風電機組集合為 Q11，并對Qd內各風電機組按照發電成本從大到小進行排序，并選擇集合Qd內前N 2個風電 機組構成降功率集合，N2滿足如下關系：
式⑷和式（5)的含義是：優先降低發電成本最大的N2個風電機組出力來執行風電場 減少有功出力的指令；轉步驟11); 7) 設已經并網運行、具備自動調節能力的風電機組組合為QK，假設參與控制的風電機 組個數為K，并對Qk內各風電機組按照發電成本從小到大進行排序； 8) 對步驟7)形成的發電機組排序進行從小到大進行掃描，假設第i個風電機組有功出 力可增，i e QK，得到其有功功率可增加量為轉步驟9);否則，則轉步驟 11); 9) 對步驟7)形成的發電機組排序進行從大到小進行掃描，并選擇前N3個風電機組構 成降功率集合，N3滿足如如式（6)所示關系：
設置第i個機組的有功出力設定值為，并按照式（7)設置上述N3個機組的有功出 力設定值：
10) 若滿足i+N3彡K，則轉步驟11)，否則轉步驟7); 11) 根據步驟4)、步驟5)、步驟6)、步驟8)或步驟10)給出的風電機組有功出力設定 值，確定相應的有功控制命令，并通過風電機組監控系統下發分配給各風電機組，由各風電 機組跟蹤執行。
【文檔編號】H02J3/46GK104362680SQ201410593335
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】賈寧, 陳偉, 王彬, 孫宏斌, 于云忠, 葉景芳, 蔣春濤, 郭慶來, 葛懷暢 申請人:中電國際新能源控股有限公司, 清華大學