CN103219750B - 一种控制风电机组限功率运行的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于风电场功率控制领域，尤其涉及一种控制风电机组限功率运行的方法及系统。所述方法包括：根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。本发明实施例所提供的方法以风机当前稳定运行的桨距角为依据对风电机组运行状况的不同进行分类，然后再评估当前风速下风机的功率可控变化量，按需求调度不同的集合，以达到风机调度最优。

Description

一种控制风电机组限功率运行的方法及系统

技术领域

本发明属于风电场功率控制领域，尤其涉及一种控制风电机组限功率运行的方法及系统。

背景技术

随着国内风电的快速发展，风电场的建设规模不断扩大且分布相对集中，电网难以输送并消纳如此大规模的风电电能，因此要求风电场限功率运行，即风电场功率不得超过电网调度下达的目标值，否则将受到惩罚。风电场场级控制系统将目标功率分配给场内各风电机组去执行，各风电机组必须尽可能跟踪各自的目标功率，这样才可能避免违规超发，并实现在限发条件下尽可能多的发电。

传统的风电机组一般是按照其风速--功率曲线运行，风机只有在额定功率以上才进行变桨距控制，因此只有通过启停机组控制风电场功率，调节精度低，对机组磨损大。而目前新型的风电机组一般都增加了风机限功率发电功能，即可以设定风电机组的目标功率（通常低于额定功率），此时如果风机所处的风况可以高过目标功率时，就通过变桨调节使功率维持在目标功率；如果风况不足以达到目标功率，则还按照风速--功率曲线运行。这样一来，根据风电场级目标功率设定各风机的目标功率，可以避免出现超发，而且可以减少机组的启停操作。

但是，上述现有技术存在如下缺陷：由于风电场内同时运行的风电机组台数众多，而且每台风机所处的风况条件不同，其可以达到的功率各异。如何将风电场的功率目标合理分配各台风机去完成，是一个十分重要的问题。常见的风机功率分配方法有两类，一是将风电场目标功率按照运行机组数量平均分配给各机组去完成。该方法存在的问题是没有考虑各机组的风况，往往风况差的机组完不成目标负载，而风况好的机组又处于限发状态，浪费了发电指标。第二类是引入了风速预测信息，对风机可发功率进行预测，以此按比例分配负荷，即预期风况好的机组分担的负荷多，风况差的机组分担的负荷少。但是，该方法存在的问题首先是风速预测有误差，因而对机组发电能力估计的有效性难以保证。而且全场风机都参与功率调节，长期运行加剧机组变桨执行机构的磨损程度。

中国专利申请（公开号：CN 102493915 A，发明名称：风电场的风机调用方法及风机调用系统），利用风机状态参数，主要包括累计运行时间、本次持续运行时间、累计待机时间、本次持续待机时间、或停机时间，以及发电机、变桨装置和变流器的温度，来确定风机调用序列，在风电场需要升降负荷时，按照该调用顺序对相应风机进行操作。但是该方法的主要缺点在于对机组当前的可发功率没有有效评估，所以风场的实际功率控制效果得不到保证。

发明内容

本发明实施例提供的一种控制风电机组限功率运行的方法及系统，用于解决现有技术中当进行限功率运行调控时，全场风机都参与功率调节，长期运行加剧机组变桨执行机构的磨损程度的问题。

本发明实施例中的一种控制风电机组限功率运行的方法包括：

根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；

当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述风机集合至少包括：高度限功率集合、中度限功率集合以及轻度限功率集合。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述风电机组限功率运行包括：升功率以及降功率；

当所述风电机组进行升功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：高度限功率集合、中度限功率集合、轻度限功率集合；

当所述风电机组进行降功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：轻度限功率集合、中度限功率集合、高度限功率集合。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，

若15°＜β时，则所述风机属于高度限功率集合；

若5°＜β≤15°时，则所述风机属于中度限功率集合；

若β≤5°时，则所述风机属于轻度限功率集合。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述方法还包括：

按照被调节的所述风机集合中每台风机可变功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率，使每台所述风机的目标功率之和不超过总目标功率。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述可变功率包括：可提升功率和可降低功率；

当需要进行升功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可提升功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率；

当需要进行降功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可降低功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述可提升功率为每台风机的最高可变功率与实际功率的差值，所述可降低功率为实际功率与最低可变功率的差值。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述方法还包括：

计算所述风电机组的功率偏差ΔP_farm，并判断所述功率偏差ΔP_farm与所述风电机组的功率调节死区ΔD_farm的大小；所述功率偏差为所述总目标功率P_farm ^*与所述风电机组的总实际功率P_farm的差值，所述功率调节死区ΔD_farm为所述功率偏差允许的范围；其中，ΔD_farm＞0；

当ΔP_farm＞ΔD_farm时，则所述风电机组进行升功率；

当ΔP_farm＜-ΔD_farm时，则所述风电机组进行降功率。

上述的控制风电机组限功率运行的方法，其中，所述方法还包括：

进行升功率时，当满足：时，则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要提升的功率分别为各自的可提升功率，第m台风机需要提升的功率为：被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_farm为所述风电机组的功率偏差，ΔP_WTi ^up为第i台所述风机的可提升功率，P_WTm为第m台所述风机的实际功率；

进行降功率时，当满足：时，则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要降低的功率分别为各自的可降低功率，第m台风机需要降低的功率为： ${P_{\mathrm{WTm}}^{*}}^{\mathrm{down}}=P_{\mathrm{WTm}}-\left|{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{farm}}\right|-\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{WTi}}}^{\mathrm{dowm}},$ 被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_WTi ^down第i台所述风机的可降低功率。

本发明实施例提供的一种控制风电机组限功率运行的系统包括：

风电机组以及限功率运行装置；

所述风电机组中包含有若干台风机；

所述限功率运行装置包括：风机集合划分单元、选择单元以及限功率运行单元；

所述风机集合划分单元用于根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；

所述选择单元用于当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，通知所述限功率运行单元由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。

本发明实施例提供的一种控制风电机组限功率运行的方法及系统，通过以风机的桨距角状态作为反映风机限功率运行程度以及功率可调裕度的关键因素，可以客观的评估机组的功率运行状态。同时以风机限功率运行程度作为风电场功率的分配依据，按桨距角状态所反映出的风电机组限功率运行程度将风机分成多个风机集合，均衡各风电机组的限功率运行状态，充分利用风机的变桨距功率调节裕度，减少参与调节的风机台数，降低全场风机变桨机构的平均磨损程度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中控制风电机组限功率运行方法的流程图；

图2为本发明实施例中控制风电机组升功率运行的流程图；

图3为本发明实施例中控制风电机组降功率运行的流程图；

图4为本发明实施例中控制风电机组限功率运行系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种控制风电机组限功率运行的方法，其中如图1所示，所述方法包括：

步骤101，根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；具体的，在风电场对风机进行目标功率分配时，是以桨距角作为衡量各风机的限功率运行程度的指标。较佳的，由于在执行升功率操作时首先调度限功率运行程度高、可提升功率大的风电机组，在执行降功率操作时首先调度限功率运行程度低、可降低功率大的风电机组。

较佳的，本发明实施例中所述风机集合至少可以包括：高度限功率集合、中度限功率集合以及轻度限功率集合。高度限功率集合即指限功率运行程度高的集合，轻度限功率集合即指功率运行程度低的集合，在此本实施例虽然仅提供了三个集合，但是具体实施时，可依据具体的风电机组的情况进行多种可能的划分，其并不以本发明实施例所列举的集合为限。

步骤102，当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。具体的，在进行限功率运行调度时，先调度总可变功率大的风机集合，以达到风电机组的总功率不超过总目标功率，这样针对于不同的情况就有选择不同的风机集合。该方法的优点在于可以减少参与调节的风机台数，降低变桨机构的磨损。

本发明以风机当前稳定运行的桨距角为依据对风电机组运行状况的不同进行分类，然后再评估当前风速下风机的功率可控变化量，按需求调度不同的集合，以达到风机调度最优。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述风电机组限功率运行包括：升功率以及降功率。

当所述风电机组进行升功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：高度限功率集合、中度限功率集合、轻度限功率集合。

具体的，可以参照图2所示，当执行升功率操作时，首先调度高度限功率集合中的风机，如果可以达到总目标功率，那么就无需再调度中度限功率集合以及轻度限功率集合；如果还不能达到总目标功率，那么再调度中度限功率集合，以此类推，以达到使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。如果还没有达到风电场的总目标功率，则说明当前所有运行状态风机的可提升功率之和仍不足以满足风电场总目标功率的要求，则需要启动处于停机状态的一台或多台风机。

如图3所示，当所述风电机组进行降功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：轻度限功率集合、中度限功率集合、高度限功率集合。具体的，当执行降功率操作时，首先调度轻度限功率集合，如果可以降低到总目标功率，那么就无需再调度中度限功率集合以及高度限功率集合；如果还未降低至总目标功率，那么再调度中度限功率集合，以此类推，以达到使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。如果还没有达到风电场总目标功率，则说明当前所有运行的风机的最低功率值之和仍超过风电场总目标功率，需要停止处于运行状态下的一台或多台风机，直至风电场实发功率不超过总目标功率为止。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，风机集合可以按照下述方式分配：

若15°＜β时，则所述风机属于高度限功率集合；若5°＜β≤15°时，则所述风机属于中度限功率集合；若β≤5°时，则所述风机属于轻度限功率集合。但是具体的分配方式可以有多种，均不以本发明实施例所列举的为限。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述方法还包括：

按照被调节的所述风机集合中每台风机可变功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率，使每台所述风机的目标功率之和不超过总目标功率。具体的，在选定需要调节的风机集合后，再按照该风机集合中的每台风机可变功率的大小进行调节，可以最大程度的减少风机的调控台数，以达到本发明的目的。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述可变功率包括：可提升功率和可降低功率；

当需要进行升功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可提升功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率。

当需要进行降功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可降低功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述可提升功率为每台风机的最高可变功率与实际功率的差值，所述可降低功率为实际功率与最低可变功率的差值。具体的，计算可提升功率时：假设风机i当前的实际功率是P_WTi，实测风速Vi，首先根据该风机厂商提供的“风速--功率”曲线，确定当前风速下风机在设计上能达到的最大功率P_WTi ^Vi。然后考虑到控制周期内风速的波动性，将风机i在设计上能达到的最大功率进行保守估计，得到最高可变功率；较佳的，最高可变功率可以为最大功率P_WTi ^Vi的80%，即在此，该保守功率所估计的百分比越低越保守。具体实施时，可以按照实际情况而定。根据上述所估计的最高可变功率得到风机i的可提升功率：计算可降低功率时：获得风机的最低功率是再计算风机i的可降低功率： $\mathrm{\Δ}{P_{\mathrm{WTi}}}^{\mathrm{down}}=P_{\mathrm{WTi}}-P_{\mathrm{WTi}}^{\min }.$

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述方法还包括：

计算所述风电机组的功率偏差ΔP_farm，并判断所述功率偏差ΔP_farm与所述风电机组的功率调节死区ΔD_farm的大小；所述功率偏差为所述总目标功率P_farm ^*与所述风电机组的总实际功率P_farm的差值，所述功率调节死区ΔD_farm为所述功率偏差允许的范围；其中，ΔD_farm＞0；

当ΔP_farm＞ΔD_farm时，则所述风电机组进行升功率；当ΔP_farm＜-ΔD_farm时，则所述风电机组进行降功率。随后再以其他实施例的方法实施升功率或降功率即可。

本发明实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法，较佳的，所述方法还包括：

进行升功率时，当满足：时，则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要提升的功率分别为各自的可提升功率，第m台风机需要提升的功率为：被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_farm为所述风电机组的功率偏差，ΔP_WTi ^up为第i台所述风机的可提升功率，P_WTm为第m台所述风机的实际功率；

进行降功率时，当满足：时，则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要降低的功率分别为各自的可降低功率，第m台风机需要降低的功率为： ${P_{\mathrm{WTm}}^{*}}^{\mathrm{down}}=P_{\mathrm{WTm}}-\left|{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{farm}}\right|-\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{WTi}}}^{\mathrm{dowm}},$ 被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_WTi ^down第i台所述风机的可降低功率。

本发明实施例还提供一种控制风电机组限功率运行的系统，其中，如图4所示，所述系统包括：

风电机组40以及限功率运行装置41；

所述风电机组中包含有若干台风机401；

所述限功率运行装置包括：风机集合划分单元411、选择单元412以及限功率运行单元413；

所述风机集合划分单元411用于根据风电机组中每台风机401在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；较佳的，本发明实施例中所述风机集合至少可以包括：高度限功率集合、中度限功率集合以及轻度限功率集合。高度限功率集合即指限功率运行程度高的集合，轻度限功率集合即指限功率运行程度低的集合，在此本实施例虽然仅提供了三个集合，但是具体实施时，可依据具体的风电机组的情况进行多种可能的划分，其并不以本发明实施例所列举的集合为限。

所述选择单元412用于当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，通知所述限功率运行单元413由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组40的总功率不超过总目标功率。

综上所述，本发明上述实施例所提供的控制风电机组限功率运行的方法及系统，以风机的桨距角状态作为反映风机限功率运行程度以及功率可调裕度的关键因素，可以客观的评估机组的功率运行状态。同时以风机限功率运行程度作为风电场功率的分配依据，按桨距角状态所反映出的风机限功率运行程度将风机分成多个风机集合，均衡各风电机组的限功率运行状态，充分利用风机的变桨距功率调节裕度，减少参与调节的风机台数，降低全场风机变桨机构的平均磨损程度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；

当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。

2.根据权利要求1所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述风机集合至少包括：高度限功率集合、中度限功率集合以及轻度限功率集合。

3.根据权利要求2所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述风电机组限功率运行包括：升功率以及降功率；

当所述风电机组进行升功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：高度限功率集合、中度限功率集合、轻度限功率集合；

当所述风电机组进行降功率时，所述风机集合的总可变功率由大到小依次为：轻度限功率集合、中度限功率集合、高度限功率集合。

4.根据权利要求2所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，

若15°＜β时，则所述风机属于高度限功率集合；

若5°＜β≤15°时，则所述风机属于中度限功率集合；

若β≤5°时，则所述风机属于轻度限功率集合。

5.根据权利要求1所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述方法还包括：

按照被调节的所述风机集合中每台风机可变功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率，使每台所述风机的目标功率之和不超过总目标功率。

6.根据权利要求5所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述可变功率包括：可提升功率和可降低功率；

当需要进行升功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可提升功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率；

当需要进行降功率时，按照被调节的所述风机集合中每台风机的所述可降低功率的大小，由大到小调节一台或多台所述风机的功率。

7.根据权利要求6所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，

所述可提升功率为每台风机的最高可变功率与实际功率的差值，所述可降低功率为实际功率与最低可变功率的差值。

8.根据权利要求3所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述风电机组的功率偏差ΔP_farm，并判断所述功率偏差ΔP_farm与所述风电机组的功率调节死区ΔD_farm的大小；所述功率偏差为所述总目标功率P_farm ^*与所述风电机组的总实际功率P_farm的差值，所述功率调节死区ΔD_farm为所述功率偏差允许的范围；其中，ΔD_farm＞0；

当ΔP_farm＞ΔD_farm时，则所述风电机组进行升功率；

当ΔP_farm＜-ΔD_farm时，则所述风电机组进行降功率。

9.根据权利要求6所述的控制风电机组限功率运行的方法，其特征在于，所述方法还包括：

进行升功率时，当满足：时，则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要提升的功率分别为各自的可提升功率，第m台风机需要提升的功率为：被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_farm为所述风电机组的功率偏差，ΔP_WTi ^up为第i台所述风机的可提升功率，P_WTm为第m台所述风机的实际功率；

进行降功率时，当满足：时则被调节的风机集合中前m1-1台所述风机需要降低的功率分别为各自的可降低功率，第m台风机需要降低的功率为： ${P_{\mathrm{WTm}}^{*}}^{\mathrm{down}}=P_{\mathrm{WTm}}-\left|{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{farm}}\right|-\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{WTi}}}^{\mathrm{dowm}},$ 被调节的所述风机集合中其余风机的功率维持不变，其中，ΔP_WTi ^down第i台所述风机的可降低功率。

10.一种控制风电机组限功率运行的系统，其特征在于，所述系统包括：

风电机组以及限功率运行装置；

所述风电机组中包含有若干台风机；

所述限功率运行装置包括：风机集合划分单元、选择单元以及限功率运行单元；

所述风机集合划分单元用于根据风电机组中每台风机在当前稳定运行时桨距角β的大小，将所述风电机组划分为多个风机集合；

所述选择单元用于当所述风电机组进行限功率运行时，根据每个所述风机集合的总可变功率的大小，通知所述限功率运行单元由大到小调节一个或多个所述风机集合的功率，使所述风电机组的总功率不超过总目标功率。