一種風力發電場有功功率控制方法

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一種風力發電場有功功率控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種風力發電場有功功率控制方法，包括：測量得到風電場并網點的有功功率實發值，計算并網點有功功率目標值與有功功率實發值的差值，記為有功功率偏差，根據風電場并網點的實時測風數據，計算各風電機組的最大有功功率；根據各風電機組的當前實發有功功率和最大有功功率，計算有功增裕度系數和有功減裕度系數，依據有功增裕度系數和有功減裕度系數的大小順序進行排列，分別生成有功增裕度隊列和有功減裕度隊列；確定相應的功率調整策略。本發明可以自動將調度的有功功率調節指令分配到單個風電機組來執行，既可以大大減輕風電場操作人員的勞動強度，又可以提高對調度功率目標的響應速度以及功率調節的精度。
【專利說明】
一種風力發電場有功功率控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及風力發電技術領域，具體涉及一種風力發電場有功功率控制方法。
【背景技術】
[0002] 近幾年來，風力發電作為可再生清潔能源發電得到大力發展。隨著風電機組裝機容量占總裝機容量比例的不斷提升，風電機組送往電網的功率的大幅度波動將會對電網的穩定運行帶來越來越大的不利影響，因此，實現風電場有功功率的可調控是迫切需要解決的問題。
[0003] 目前風電場中使用的有功功率調節方式多為人工手動調節的方式。具體地，首先由電網調度部門通過電話方式通知風電場進行有功功率調節，然后，風電場值班人員將調度的有功功率目標值與風電場此時的有功功率實發值進行比較，而后，由風電場值班人員基于比較的差值并借助風電場中的控制裝置手動控制風電機組啟/停，升/降功率，以便控制風電場并網點的有功功率達到調度要求的目標值。這種方式存在下述缺陷：
[0004] 1)由于上述風電場有功功率調節方式是通過操作人員手動來完成的，即操作人員接到調度調節要求后，通過計算獲得調度的目標值同風電場此時的實發值之間的比較差值，并根據該比較差值手動控制風電場內的風電機組啟/停、升/降功率，因而存在誤差大、響應速度慢等問題，進而造成風電場發電量的損失。
[0005] 2)上述風電場有功功率調節方式沒有根據風電場內各風電機組的具體工作情況而對其進行調用和控制，而是由操作人員較為隨機地對風電機組進行啟/停操作或者進行升/降功率的操作。因此，上述風電場有功功率調節方式不僅高度依賴相應機組工作的可靠性，而且還因隨機地操作相應風電機組而忽視了風電機組具體工作情況(例如風電機組累計運行時間、累計停機時間等），因而會使某些機組長時間一直在運行，而另一些機組則較長時間一直在停機，從而導致機組故障率提升。而且，風電機組頻繁地啟/停本身就會影響風電機組的穩定性和安全性，同時也會影響風電機組的使用壽命。

【發明內容】

[0006] 為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種風力發電場有功功率控制方法，該方法能夠及時準確地調整風電場并網點的有功功率，同時充分考慮了各風電機組的實際工作情況，提高風電機組運行的穩定性和安全性。
[0007] 為實現上述目的，本發明的具體方案如下：
[0008] -種風力發電場有功功率控制方法，包括：
[0009] 步驟一:測量得到風電場并網點的有功功率實發值，計算并網點有功功率目標值與有功功率實發值的差值，記為有功功率偏差；
[0010]步驟二:若有功功率偏差的絕對值是否大于有功功率偏差的死區閥值，若是，則轉入步驟三，否則，返回步驟一；
[0011]步驟三:根據風電場并網點的實時測風數據，計算各風電機組的最大有功功率；
[0012] 步驟四：根據各風電機組的當前實發有功功率和最大有功功率，計算有功增裕度系數和有功減裕度系數，依據有功增裕度系數和有功減裕度系數的大小順序進行排列，分別生成有功增裕度隊列和有功減裕度隊列；
[0013] 步驟五:計算所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和、有功減裕度總和；
[0014] 步驟六:有功功率偏差大于零時，根據有功增裕度總和及開機隊列中所有風電機組啟動的有功增裕度總和相加的值與有功功率偏差之間的大小關系確定相應的功率調整策略；
[0015] 有功功率偏差小于零時，有功功率偏差的絕對值與有功減裕度總和之間的大小關系確定相應的功率調整策略；
[0016] 步驟七:根據功率調整策略，向風電機組發出控制指令，等待風電機組執行指令動作完成后，返回步驟一。
[0017] 進一步的，在步驟三中，計算各風電機組的最大有功功率時，根據機組功率曲線，采用線性插值法計算在當前風速情況下機組的最大有功功率。
[0018] 進一步的，在步驟四中，有功增裕度系數的計算為：
[0019] 將第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率與第i臺風電機組有功功率實發值的差值與第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率的做比即為風電機組的有功增裕度系數。
[0020] 進一步的，在步驟四中，有功減裕度系數的計算為：
[0021] 第i臺風電機組有功功率實發值與第i臺風電機組最小運行功率的差值與第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率做比即為風電機組的有功減裕度系數。
[0022] 進一步的，在步驟五中，所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和為將每臺風電機組有功功率最大有功功率與風電機組有功功率實發值做差后求和。
[0023] 進一步的，在步驟五中，所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和為將每臺風電機組有功功率實發值與風電機組有功功率最小運行功率做差后求和。
[0024] 進一步的，上述一種風力發電場有功功率控制方法還包括依據各風電機組的累計停機時間和累計運行時間的長短，生成開機隊列和停機隊列的步驟。
[0025]進一步的，開機隊列的生成：
[0026]將風電機組本次停機的時間加上以前累計停機的時間即得到機組累計停機時間，按照機組累計停機時間由長到短的順序進行排列，生成開機隊列。
[0027]進一步的，停機隊列的生成：
[0028] 將風電機組本次運行的時間加上以前累計運行的時間即得到機組累計運行時間，按照機組累計運行時間由長到短的順序進行排列，生成停機隊列。
[0029] 進一步的，在步驟六中，有功功率偏差大于零時：
[0030] 當前有功增容量大于等于當前所有機組可分配容量時，則先將所有運行的可調風電機組有功功率升至最大有功功率，然后按照開機隊列順序依次啟動所有風電機組，并以最大有功功率運行；
[0031] 所有運行的可調風電機組都運行在最大有功功率時，仍不能滿足當前有功增容量要求，則先將所有運行的可調風機機組有功功率升至最大有功功率，然后從開機隊列中依次啟動風機機組，直到已啟動風機機組的有功增裕度總和大于等于否則將作為有功增加量在已啟動的風機機組間采用相似調整裕度原則進行分配；
[0032] 所有運行的可調風電機組都升至最大有功功率時，能夠滿足當前有功增容量要求，則從有功增裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功增裕度總和大于等于△ Ρ，則將△ P作為有功增加量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配。
[0033] 進一步的，在步驟六中，有功功率偏差小于零時：
[0034] 所有運行的可調風電機組都運行在最小運行功率時，仍不能滿足當前有功減容量要求，則先將所有運行的可調風電機組有功功率降至最小運行功率，然后從停機隊列中依次停止風電機組，直到已停止風電機組的有功減裕度總和大于等于則將已停止風電機組的有功減裕度總和的差值作為有功增加量在不需要停機的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配；A P為有功功率偏差，/^^"為所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和；
[0035] 所有運行的可調風電機組都降至最小運行功率時，能夠滿足當前有功減容量要求，則從有功減裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功減裕度總和大于等于I AP|，則將I Δ P|作為有功減少量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配。
[0036] 進一步的，當前有功增容量大于等于當前所有機組可分配容量的判斷過程為：
[0037] 記將開機隊列中所有風電機組啟動的有功增裕度總和為Pstartup，= Igirax，其中，η為開機隊列中風電機組臺數;Pimax為第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率；
[0038] 判斷有功功率偏差Δ P是否小于，如果不小于即當前有功增容量大于等于當前所有機組可分配容量，為所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和。
[0039] 進一步的，所有運行的可調風電機組都運行在最大有功功率時，仍不能滿足當前有功增容量要求的判斷過程為：
[0040] 首先判斷有功功率偏差如果小于+Ρ__?，其次判斷有功功率偏差A P是否大于^仏，如果大于，即所有運行的可調風電機組都運行在最大有功功率時，仍不能滿足當前有功增容量要求，?為所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和，開機隊列中所有風電機組啟動的有功增裕度總和為Pst artup。
[0041] 進一步的，所有運行的可調風電機組都升至最大有功功率時，能夠滿足當前有功增容量要求的判斷過程為：
[0042] 首先判斷有功功率偏差如果小于，其次判斷有功功率偏差Λ P是否大于如果小于^匕》，所有運行的可調風電機組都升至最大有功功率時，能夠滿足當前有功增容量要求。
[0043] 進一步的，所有運行的可調風電機組都運行在最小運行功率時，仍不能滿足當前有功減容量要求的判斷過程為：
[0044] 判斷有功功率偏差Δ P的絕對值I Δ P I是否大于"，如果大于Cg,,,，即所有運行的可調風電機組都運行在最小運行功率時，仍不能滿足當前有功減容量要求，所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和。
[0045] 進一步的，所有運行的可調風電機組都降至最小運行功率時，能夠滿足當前有功減容量要求的判斷過程為：
[0046] 判斷有功功率偏差Δ P的絕對值I Δ P I是否大于，如果不大于，即所有運行的可調風電機組都降至最小運行功率時，能夠滿足當前有功減容量要求，Pjgw為所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和。
[0047]本發明的有益效果：
[0048] 本發明可以自動將調度的有功功率調節指令分配到單個風電機組來執行，既可以大大減輕風電場操作人員的勞動強度，又可以提高對調度功率目標的響應速度以及功率調節的精度，進而減少風電場發電量的損失，提高風電場的經濟效益;并可以避免風電機組頻繁地啟/停，以及避免出現某些機組長時間運行而另一些機組則長時間停機等問題，從而降低風電機組的故障率，提高風電機組運行的穩定性和安全性，進而延長風電機組的使用壽命。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發明風力發電場有功功率控制方法流程圖。
【具體實施方式】：
[0050] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明：
[0051] 如圖1所示為本發明風力發電場有功功率控制方法的流程圖。本實施例是在于提出一種能夠及時準確地調整風電場并網點的有功功率，同時充分考慮了各風電機組的實際工作情況，提高風電機組運行的穩定性和安全性的風電場有功功率控制方法，其方法步驟如下：
[0052] (1)測量得到風電場并網點的有功功率實發值Pme3a,計算并網點有功功率目標值 Ptarget與有功功率實發值Pmea的差值，記為有功功率偏差Δ P = Ptarget-Pmea;
[0053] (2)設置有功功率偏差的死區閥值δ，若有功功率偏差的絕對值I △ P|大于死區閥值S則進入步驟(3)，否則返回步驟(1);
[0054] (3)根據實時測風數據，計算各風電機組的最大有功功率；
[0055] 根據機組功率曲線，采用線性插值法計算在當前風速情況下機組的最大有功功率，計算公式如下：
[00561
[0057] 其中，Picurve.k+1、Picurve.k分別為第i臺風電機組功率曲線中第k+1點和第k點的有功功率值，5^_ 3.1{+1和3^^.1{分別為第治風電機組功率曲線中第1^1點和第1^點的風速值， Simea為第i臺風電機組的風速實時值，Pimax為第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率。
[0058] (4)根據各風電機組的當前實發有功功率和最大有功功率，計算有功增裕度系數和有功減裕度系數，依據有功增裕度系數和有功減裕度系數的大小，生成有功增裕度隊列和有功減裕度隊列。具體步驟如下：
[0059] (a)計算各風電機組的有功增裕度系數，計算公式如下：
[0060]
[0061 ]其中，Pimea為第i臺風電機組有功功率實發值。
[0062] 按照有功增裕度系數由大到小的順序進行排列，生成有功增裕度隊列。
[0063] (b)計算各風電機組的有功減裕度系數Ο：=,,,，計算公式如下：
[0064]
[0065] 其中，Pimea為第i臺風電機組有功功率實發值，Pimin為第i臺風電機組最小運行功率。
[0066] 按照有功減裕度系數由大到小的順序進行排列，生成有功減裕度隊列。
[0067] (5)計算所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和、有功減裕度總和。具體步驟如下：
[0068] (a)計算所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和4十算公式如下：
[0069]
[0070] 其中，m為風電機組臺數。
[0071 ] (b)計算所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和，計算公式如下：
[0072]
[0073] 其中，m為風電機組臺數。
[0074] (6)依據各風電機組的累計停機時間和累計運行時間的長短，生成開機隊列和停機隊列。
[0075](一)開機隊列的生成；
[0076] 記錄各風電機組本次停機的時間，當風電機組本次停機的時間超過最短停機時間后，風電機組可以加入到開機隊列，再次開機。
[0077] 將風電機組本次停機的時間加上以前累計停機的時間即得到機組累計停機時間，按照機組累計停機時間由長到短的順序進行排列，生成開機隊列。
[0078](二)停機隊列的生成；
[0079] 記錄各風電機組本次運行的時間，當風電機組本次運行的時間超過最短開機時間后，風電機組可以加入到停機隊列，再次停機。
[0080] 將風電機組本次運行的時間加上以前累計運行的時間即得到機組累計運行時間，按照機組累計運行時間由長到短的順序進行排列，生成停機隊列。
[0081] (7)根據有功功率偏差，確定功率調整策略。
[0082] 若有功功率偏差Δ P大于零，轉至步驟(A)，若有功功率偏差Δ P小于零，轉至步驟
[0083] (A)記將開機隊列中所有風電機組啟動的有功增裕度總和為Pstartup，^_= ￡乃職， ?=1 其中，η為開機隊列中風電機組臺數。
[0084] 首先判斷有功功率偏差Λ P是否小于+PsieraJ，如果不小于+ P_._|，JP 當前有功增容量大于等于當前所有機組可分配容量，則先將所有運行的可調風電機組有功功率升至最大有功功率，然后按照開機隊列順序依次啟動所有風電機組，并以最大有功功率運行；
[0085] 如果小于其次判斷有功功率偏差Δ P是否大于/^?如果大于，即所有運行的可調風電機組都運行在最大有功功率時，仍不能滿足當前有功增容量要求，則先將所有運行的可調風電機組有功功率升至最大有功功率，然后從開機隊列中依次啟動風電機組，直到已啟動風電機組的有功增裕度總和大于等于(AP-P i;=,.,j，否則將作為有功增加量在已啟動的風機機組間采用相似調整裕度原則進行分配；
[0086] 如果不大于Ggft,，即所有運行的可調風電機組都升至最大有功功率時，能夠滿足當前有功增容量要求，則從有功增裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功增裕度總和大于等于A P，則將△ P作為有功增加量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配，轉至步驟8)。
[0087] (B)首先判斷有功功率偏差Δ P的絕對值I Δ P I是否大于P= "，如果大于>即所有運行的可調風電機組都運行在最小運行功率時，仍不能滿足當前有功減容量要求，則先將所有運行的可調風電機組有功功率降至最小運行功率，然后從停機隊列中依次停止風電機組，直到已停止風電機組的有功減裕度總和大于等于卜則將已停止風電機組的有功減裕度總和匕_(/^=|^^11為已停止風電機組臺數)與|叫-^>;)的差值作為有功增加量在不需要停機的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配；
[0088] 如果不大于d,^即所有運行的可調風電機組都降至最小運行功率時，能夠滿足當前有功減容量要求，則從有功減裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功減裕度總和大于等于I AP|，則將I ΔΡ|作為有功減少量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配，轉至步驟8)。
[0089] (8)根據功率調整策略，向風電機組發出控制指令。
[0090] (9)等待風電機組執行指令動作完成后，返回步驟1)。
[0091] 其中，上述步驟(7)中，所述相似調整裕度原則是根據風電機組的有功裕量大小進行有功分配，即剩余有功多的，提供多的有功，剩余有功少的，提供少的有功，這樣可以保證每臺風電機組有相近的有功裕度。
[0092] 若要求風電機組增加有功功率，則風電機組分配的有功功率?,可表示為：
[0093]
[0094] 若要求風電機組減少有功功率，則風電機組分配的有功功率?,可表示為：
[0095]
[0096] 在本發明中，上述最大有功功率為:在當前風速情況下，風電機組能夠輸出的最大有功功率，亦即有功可調上限。
[0097] 本申請中上述最小運行功率為：當風電機組的實發有功功率小于一定值時，風電機組將會直接停機，亦即有功可調下限。
[0098] 本申請中上述最短開機時間為風電機組開機之后到再次停機的最短時間間隔。
[0099] 本申請中上述最短停機時間為風電機組停機之后到再次開機的最短時間間隔。
[0100] 本發明充分考慮到了風電機組的實際工作情況，根據風電場內各風電機組的實際工作情況對其輸出功率進行合理控制，而不是人工隨機進行功率控制，因而，可以在提高控制精度和響應速度的同時，還兼顧到各風電機組的諸如累計運行時間、累計停機時間等實際使用情況，這樣，通過對風電場內風電機組的合理調用，可以避免風電機組頻繁地啟/停，以及避免出現某些機組長時間運行而另一些機組則長時間停機等問題，從而降低風電機組的故障率，提高風電機組運行的穩定性和安全性，進而延長風電機組的使用壽命。
[0101]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1. 一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，包括：步驟一：測量得到風電場并網點的有功功率實發值，計算并網點有功功率目標值與有功功率實發值的差值，記為有功功率偏差；步驟二:若有功功率偏差的絕對值是否大于有功功率偏差的死區閥值，若是，則轉入步驟S，否則，返回步驟一；步驟根據風電場并網點的實時測風數據，計算各風電機組的最大有功功率；步驟四：根據各風電機組的當前實發有功功率和最大有功功率，計算有功增裕度系數和有功減裕度系數，依據有功增裕度系數和有功減裕度系數的大小順序進行排列，分別生成有功增裕度隊列和有功減裕度隊列；步驟五:計算所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和、有功減裕度總和；步驟六:有功功率偏差大于零時，根據有功增裕度總和及開機隊列中所有風電機組啟動的有功增裕度總和相加的值與有功功率偏差之間的大小關系確定相應的功率調整策略；有功功率偏差小于零時，有功功率偏差的絕對值與有功減裕度總和之間的大小關系確定相應的功率調整策略；步驟屯:根據功率調整策略，向風電機組發出控制指令，等待風電機組執行指令動作完成后，返回步驟一。2. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟=中，計算各風電機組的最大有功功率時，根據機組功率曲線，采用線性插值法計算在當前風速情況下機組的最大有功功率。3. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟四中，有功增裕度系數的計算為：將第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率與第i臺風電機組有功功率實發值的差值與第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率的做比即為風電機組的有功增裕度系數。4. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟四中，有功減裕度系數的計算為：第i臺風電機組有功功率實發值與第i臺風電機組最小運行功率的差值與第i臺風電機組在當前風速情況下的最大有功功率做比即為風電機組的有功減裕度系數。5. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟五中，所有運行的可調風電機組的有功增裕度總和為將每臺風電機組有功功率最大有功功率與風電機組有功功率實發值做差后求和。6. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟五中，所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和為將每臺風電機組有功功率實發值與風電機組有功功率最小運行功率做差后求和。7. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，還包括依據各風電機組的累計停機時間和累計運行時間的長短，生成開機隊列和停機隊列的步驟。8. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，開機隊列的生成：將風電機組本次停機的時間加上W前累計停機的時間即得到機組累計停機時間，按照機組累計停機時間由長到短的順序進行排列，生成開機隊列；停機隊列的生成：將風電機組本次運行的時間加上W前累計運行的時間即得到機組累計運行時間，按照機組累計運行時間由長到短的順序進行排列，生成停機隊列。9. 如權利要求1所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟六中，有功功率偏差大于零時：當前有功增容量大于等于當前所有機組可分配容量時，則先將所有運行的可調風電機組有功功率升至最大有功功率，然后按照開機隊列順序依次啟動所有風電機組，并W最大有功功率運行；所有運行的可調風電機組都運行在最大有功功率時，仍不能滿足當前有功增容量要求，則先將所有運行的可調風電機組有功功率升至最大有功功率，然后從開機隊列中依次啟動風電機組，直到已啟動風電機組的有功增裕度總和大于等于(AP-嘴結,,，），否則將 (AP-巧逍,,)作為有功增加量在已啟動的風機機組間采用相似調整裕度原則進行分配；所有運行的可調風電機組都升至最大有功功率時，能夠滿足當前有功增容量要求，貝U 從有功增裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功增裕度總和大于等于A P，則將A P作為有功增加量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配。10. 如權利要求9所述的一種風力發電場有功功率控制方法，其特征是，在步驟六中，有功功率偏差小于零時：所有運行的可調風電機組都運行在最小運行功率時，仍不能滿足當前有功減容量要求，則先將所有運行的可調風電機組有功功率降至最小運行功率，然后從停機隊列中依次停止風電機組，直到已停止風電機組的有功減裕度總和大于等于巧某,,），則將已停止風電機組的有功減裕度總和Pstep與|aP|-巧的差值作為有功增加量在不需要停機的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配；A P為有功功率偏差，巧為所有運行的可調風電機組的有功減裕度總和；所有運行的可調風電機組都降至最小運行功率時，能夠滿足當前有功減容量要求，貝U 從有功減裕度隊列中依次選擇風電機組，直至已選擇的風電機組的有功減裕度總和大于等于I APl，則將I APl作為有功減少量在已選擇的風電機組間采用相似調整裕度原則進行分配。
【文檔編號】H02J3/48GK105914796SQ201610370658
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】楊曉強, 胡從川, 闕波, 錢海, 盛國棟
【申請人】都城綠色能源有限公司

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