CN103606966B - 风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，属于风力发电技术领域。其中有功功率控制分配方法如下:实时采集风电场所有的风机数据，计算风场实时的总有功功率、总无功功率及平均风速；风场实时总有功功率与风场下发设定值的总有功功率进行比较判断，得出功率差值△P；依此设置电场总有功功率范围值；保持当前风场实时风机的总有功功率在设定的总有功功率范围值内，计算每台风机功率分配值为当前各个风机实时有功功率值，并保持在这个范围中不变。本发明可同时控制风机有功功率和无功功率。保持风机总功率在一个稳定的环境中进行波动，降低了电网的干扰。

Description

风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体是涉及一种风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法。

背景技术

能源消耗日益增长，环境污染加剧的今天，作为可再生绿色能源的风能受到世界各国的普遍重视，风力发电技术也成为研究的热点。风电场的装机容量越来越大，风电产量占电网总电量的比例越来越高，风电场并网发电对现有的电力系统的影响也越来越大。风电的能源来源是风能，由于风能的不稳定性，导致了风电场并网发电有别于传统的发电方式。功率调节技术是当今大型风电机组的关机技术之一，决定着风电机组的效率和稳定性。该成果可以对输出功率的稳定性进行提高。可以使电网电压和频率的稳定性有所改进。电子设备的使用时，当风电场的穿透功率较大时会对电网电能质量产生很大影响，稳定后可以提高电能的质量。

目前现有技术存在与风场单台风机通讯效果不佳，不能直接与每台风机通讯而通过转换装置只能取得全场风机数据，不能达到合理的为每一台风机计算功率设定值，为每台风机分配功率不适宜的问题。由于风机存在机型，每台风机功率曲线不统一，不能很好的达到合理分配的目的。控制过程中，不能平稳使总功率在计划内上升下降导致电网频率波动很大的问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，解决现有技术中不能合理的对每一台风机进行控制，控制时对整个风场不能使其在稳定的范围值内波动的问题，本发明提供一种风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法。

本发明有功功率控制方法，包括如下步骤:

(1)实时采集风电场所有的风机数据，包括每一台风机的当前有功功率、无功功率、风速、桨叶角度及风机状态；计算风场实时的总有功功率、总无功功率及平均风速；将计算风场实时的总有功功率与风场下发设定值的总有功功率进行比较判断，得出功率差值△P；

(2)根据电网对总有功功率的要求的功率差值设置电场总有功功率可波动范围值；

(3)判断当前风场实时风机的总有功功率是否在设定的总有功功率范围值内，如果在此范围内，则控制风场风机的总有功功率等于检测到的风机总有功功率，每台风机分配的有功功率转至第(6)步；

(4)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，当低于此范围数值时，即△P<0，则提升全场风机总有功功率；

(5)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，高于此范围数值时，即△P>0，则降低全场风机总有功功率；

(6)当全场总有功功率值在全场设定的有功功率设置范围内时，计算每台风机功率分配值为当前各个风机实时有功功率值，来保持△P为0不变。

进一步地，所述第(4)步提升全场风机总有功功率，是根据所采集的每一台风机的有功功率值、状态及开桨角度为每台风机分配有功功率设定值，并计算全场发电状态台数及开桨台数。

进一步地，所述每台风机分配有功功率设定值，是根据每台风机当前状态取得发电风机总台数，根据每台风机开桨角度取得开桨角度大于0的总台数及开桨角度等于0的总台数，每台发电状态开桨角度大于0的风机有功功率设定值为:

其中：P_有功设定为每台风机有功功率设定值，P_当前有功为每台风机当前有功功率，T_α＞0为开桨角度大于0的风机总台数，T_停为停机台数；

当开桨角度大于0的风机设置有功功率值时，取得每台风机设定的超出范围值的总和来为开桨角度为0的风机分配有功功率设定值，首先需要判断是否超出风机有功功率满发值，当超出时：

P_超为每台风机有功功率超出满发范围值，P_满为风机有功功率满发值，

得到超出范围值总和，每台发电状态角度为0的风机有功功率设定值为：

P_α＝0为开桨角度等于0的风机的有功功率；

进一步地，所述第(5)步降低全场风机总有功功率的方法为：

首先，根据采集到的每台风机状态取得发电状态下的总台数，并为每台风机初步设定有功功率值为：

其中P_{初步有功设定}为每台风机初步有功功率设定值，N_{发 电}为当前风机发电状态下的总台数；

然后，判断当前风场每台风机初步有功功率设定值是否为最低值，当低于最低值时，计算出超出值总和，每台风机有功功率超出范围值为：

P_超2＝P_最低-P_{初步有功设定}

其中，P_最低为设定的每台风机的功率最低值，

已超出最低值风机功率设定为最低值，

未超出最低值风机功率设定为：

未超出最低值风机功率设定值＝每台风机初步有功功率设定值–超出值总和/未超出最低值总发电台数。

进一步地，所述风场有功功率设定过程中，保持每十分钟幅度不超过全场总有功功率的三分之一，每分钟幅度不超过全场总有功功率的十分之一。

进一步地，所述全场有功功率设定方法为：

首先记录每分钟风场总有功功率，取得每十分钟总功率的最高值与最低值，当未达到风场下发值而功率正在升高或降低的同时每分钟进行调节一次当前总有功功率设定值，升功率时：

其中P_总为全场总功率，

降功率时：

调节过程中，升功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较小的数值，再与风场下发功率值做比较取得较小的数值作为当前下发值；降功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较大的数值，再与风场下发功率值做比较取得较大的数值作为当前下发值。

进一步地，所述无功功率控制分配方法:

全场风机可发无功功率上限为全场每台风机当前实时功率乘以0.32的总和；

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场风机可发无功功率上限)×当前每台风机实时有功功率×0.32，即：

首先计算全场无功功率上限值，每台风机的无功功率上限值为：

cosφ表示风机功率因数，其中约等于0.32；

当前每台风机可发无功值P_{当前可发无功}与当前这台风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作比较，如果P_{当前可发无功}＞P_{最大可发无功}，则取风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作为当前风机可发无功值；

之后取得全场无功功率上限值，每台风机无功设定值为:

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场无功上限)×每台风机无功上限值，即：

本发明的有益效果：

本发明可同时控制风机有功功率和无功功率。本发明的控制方法可以保持风机总功率在一个稳定的环境中进行波动，降低了电网的承受能力。能充分利用风机的发电能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图。

图2为本发明的有功功率分配控制方法流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

实施例：如图1所示，本发明包括设定值收集模块、有功功率分配策略模块、无功功率分配策略模块。

其中，设定值收集模块用来通过与电网电度连接，或与其他设备连接来采集到下发的有功、无功功率设定值。通过采集到的有功、无功功率数值与有功功率分配策略模块、无功功率分配策略模块相连接，同时两个策略模块还与风机相连接采集风机数据信息用于计算各个风机所需要的设定功率值。同时风机通讯进阶还负责把数据下发到风机中去的作用。在有功、无功功率分配策略模块中，会按照指定分配策略进行为每台风机分配功率设定值。

如图2所示，有功功率控制方法包括如下步骤:

(1)实时采集风电场所有的风机数据，包括每一台风机的当前有功功率、无功功率、风速、桨叶角度及风机状态；计算风场实时的总有功功率、总无功功率及平均风速；将计算风场实时的总有功功率与风电场下发设定值的总有功功率进行比较判断，得出功率差值△P；

(2)根据电网对总有功功率的要求的功率差值△P设置电场总有功功率范围值；其范围控制根据地方电网具体要求范围会有所不同，△P在范围控制内视为0；

(3)判断当前风场实时风机的总有功功率是否在设定的总有功功率范围值内，如果在此范围内，则控制电场风机的总有功功率等于检测到的风机总有功功率，每台风机分配的有功功率转至第(6)步；

(4)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，当低于此范围数值时，即△P<0，则通过升功率控制方法提升全场风机总有功功率；

(5)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，高于此范围数值时，即△P>0，则通过降功率控制方法降低全场风机总有功功率；

(6)当全场总有功功率值在全场设定的有功功率设置范围内时，计算每台风机功率分配值为当前各个风机实时有功功率值，使其在大风来临时保持在这个范围中不变；

所述第(4)步提升全场风机总有功功率，是根据所采集的每一台风机的有功功率值、状态及桨叶角度为每台风机分配有功功率设定值，并计算全场发电状态台数及开桨台数。根据每台风机当前状态取得发电风机总台数，由于风机存在功率上限问题及满发状态，当为满发状态下风机设置功率超过满发值后没有意义而不能使有效的设置总功率在这个范围值内，所以我们判断桨叶角度来为每台风机分配功率。

所述每台风机分配有功功率设定值，是根据每台风机当前状态取得发电风机总台数，根据每台风机桨叶角度取得开桨角度大于0的总台数及开桨角度等于0的总台数，为每台发电状态桨叶角度大于0的风机有功功率设定值为:

其中：P_有功设定为每台风机有功功率设定值，P_当前有功为每台风机当前有功功率，T_α＞0为角度大于0的风机总台数，T_停为停机台数；

当角度大于0的风机设置有功功率值时，取得每台风机设定的超出范围值的总和来为角度为0的风机分配有功功率设定值，首先需要判断是否超出风机有功功率满发值，当超出时：

P_超为每台风机有功功率超出范围值，P_满为风机有功功率满发值，

得到超出范围值总和，每台发电状态角度为0的风机有功功率设定值为：

P_α＝0为角度等于0的有功功率。

所述第(5)步降低全场风机总有功功率的方法为：

首先统计当前风机发电状态下的总台数，为每台风机设定的有功功率值为：

其中N_发电为当前风机发电状态下的总台数；

然后，判断当前风场每台风机实时有功功率是否为最低值，当低于最低值时，计算出超出值总和，每台风机有功功率超出范围值为：

最低值-每台风机有功功率设定值，P_超＝P_最低-P_有功设定

已超出最低值风机功率设定为最低值，

未超出最低值风机功率设定为：

每台风机有功功率设定值＝每台风机有功功率设定值–超出值总和/未超出最低值总发电台数。

本发明所述全场有功功率设定过程中，保持每十分钟幅度不超过全场总有功功率的三分之一，每分钟幅度不超过全场总有功功率的十分之一。

其全场有功功率设定方法为：

首先记录每分中风场总有功功率，取得每十分钟总功率的最高值与最低值，当未达到风场下发值而功率正在升高或降低的同时每分钟进行调节一次当前总有功功率设定值，升功率时：

其中P_总为全场总功率，

降功率时：

调节过程中，升功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较小的数值再与风场下发功率值做比较取得较小的数值作为当前下发值；降功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较大的数值再与风场下发功率值做比较取得较大的数值作为当前下发值。

所述无功功率控制分配方法:

全场风机可发无功功率上限＝全场每台风机当前实时功率×0.32的总和；

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场风机可发无功功率上限)×当前每台风机实时有功功率×0.32，即：

当风机发电过程中，可以发送部分无功来稳定电网电压，但是在发电的过程中所发送的无功是有上限的，这个上限会根据当前实际有功功率来进行波动。

首先计算全场有功功率上限值，每台风机的无功功率上限值为：

P_当前无功为每台风机当前的可发无功功率值，cosφ表示风机功率因数，其中约等于0.32；

当前每台风机可发无功值P_{当前可发无功}与当前这台风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作比较，如果P_{当前可发无功}＞P_{最大可发无功}，则取风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作为当前风机可发无功值；

之后取得全场无功功率上限值，每台风机无功设定值为:

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场无功上限)*每台风机无功上限值，即：

Claims (5)

1.一种风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其特征在于：有功功率控制方法包括如下步骤:

(1)实时采集风电场所有的风机数据，包括每一台风机的当前有功功率、无功功率、风速、桨叶角度及风机状态；计算风场实时的总有功功率、总无功功率及平均风速；将计算风场实时的总有功功率与风场下发设定值的总有功功率进行比较判断，得出功率差值△P；

(2)根据电网对总有功功率的要求的功率差值设置电场总有功功率可波动范围值；

(3)判断当前风场实时风机的总有功功率是否在设定的总有功功率范围值内，如果在此范围内，则控制风场风机的总有功功率等于检测到的风机总有功功率，每台风机分配的有功功率转至第(6)步；

(4)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，当低于此范围数值时，即△P<0，则提升全场风机总有功功率；

(5)如果当前风场实时风机的总有功功率不是在设定的总有功功率范围值内，高于此范围数值时，即△P>0，则降低全场风机总有功功率；

(6)当全场总有功功率值在全场设定的有功功率设置范围内时，计算每台风机功率分配值为当前各个风机实时有功功率值，来保持△P为0不变；所述第(4)步提升全场风机总有功功率，是根据所采集的每一台风机的有功功率值、状态及开桨角度为每台风机分配有功功率设定值，并计算全场发电状态台数及开桨台数；

所述每台风机分配有功功率设定值，是根据每台风机当前状态取得发电风机总台数，根据每台风机开桨角度取得开桨角度大于0的总台数及开桨角度等于0的总台数，每台发电状态开桨角度大于0的风机有功功率设定值为:

其中：P_有功设定为每台风机有功功率设定值，P_当前有功为每台风机当前有功功率，T_α＞0为开桨角度大于0的风机总台数，T_停为停机台数；

当开桨角度大于0的风机设置有功功率值时，取得每台风机设定的超出范围值的总和来为开桨角度为0的风机分配有功功率设定值，首先需要判断是否超出风机有功功率满发值，当超出时：

P_超1为每台风机有功功率超出满发范围值，P_满为风机有功功率满发值，

得到超出范围值总和，每台发电状态角度为0的风机有功功率设定值为：

P_α＝0为开桨角度等于0的风机的有功功率。

2.如权利要求1所述风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其特征在于：所述第(5)步降低全场风机总有功功率的方法为：

首先，根据采集到的每台风机状态取得发电状态下的总台数，并为每台风机初步设定有功功率值为：

其中P_{初步有功设定}为每台风机初步有功功率设定值，N_发电为当前风机发电状态下的总台数；

然后，判断当前风场每台风机初步有功功率设定值是否为最低值，当低于最低值时，计算出超出值总和，每台风机有功功率超出范围值为：

P_超2＝P_最低-P_{初步有功设定}

其中，P_最低为设定的每台风机的功率最低值，

已超出最低值风机功率设定为最低值，

未超出最低值风机功率设定为：

未超出最低值风机功率设定值＝每台风机初步有功功率设定值–超出值总和/未超出最低值总发电台数。

3.如权利要求1所述风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其特征在于：所述风场有功功率设定过程中，保持每十分钟幅度不超过全场总有功功率的三分之一，每分钟幅度不超过全场总有功功率的十分之一。

4.如权利要求3所述风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其特征在于：所述全场有功功率设定方法为：

首先记录每分钟风场总有功功率，取得每十分钟总功率的最高值与最低值，当未达到风场下发值而功率正在升高或降低的同时每分钟进行调节一次当前总有功功率设定值，升功率时：

其中P_总为全场总功率，

降功率时：

调节过程中，升功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较小的数值，再与风场下发功率值做比较取得较小的数值作为当前下发值；降功率时比较每一分钟调节值与每十分钟调节值取得较大的数值，再与风场下发功率值做比较取得较大的数值作为当前下发值。

5.如权利要求1所述风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其特征在于：所述无功功率控制分配方法:

全场风机可发无功功率上限为全场每台风机当前实时功率乘以0.32的总和；

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场风机可发无功功率上限)×当前每台风机实时有功功率×0.32，即：

首先计算全场无功功率上限值，每台风机的无功功率上限值为：

cosφ表示风机功率因数，其中约等于0.32；

当前每台风机可发无功值P_{当前可发无功}与当前这台风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作比较，如果P_{当前可发无功}＞P_{最大可发无功}，则取风机最大可发无功值P_{最大可发无功}作为当前风机可发无功值；

之后取得全场无功功率上限值，每台风机无功设定值为:

每台风机无功功率设定值＝(全场无功设定值/全场无功上限)×每台风机无功上限值，即：