CN104037817A - 利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法根据公平调度的原则，当通过连续调节并网风电机组的有功功率可满足控制要求时，不使用启、停机方式，若需要启机，则启动利用小时数较低的风电机组；若需要停机，则优先切除利用小时数较高的风电机组。依据利用小时数排序的方式进行启停机控制，可有效避免针对同一台风机的频繁启停，提高风机的使用寿命。本方法可集成在风电场运行的有功功率自动控制子站系统中，以实时根据风力发电运行状态和风电机组的运行状态，实施最适宜的控制策略，保证准确追踪调度主站下发的控制指令，并兼顾各风电机组间的公平调度。

Description

利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，属于含新能源接入的电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

近年来，全国众多大型风电基地的建成投产，改变了原有的电源结构，风电对电网的影响逐步增大，由只对局部电网的无功电压影响，上升到对大电网调峰、调频的影响。国家电网公司发布的《风电场接入电网技术规定》指出：“风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对有功功率的控制，风电场应配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号。”按照规定要求，风电场应积极建设有功功率自动控制系统，满足电网公司要求，提高电网风电功率自动调节水平，确保电网稳定运行。

电力系统传统意义上的自动有功控制(AGC)系统主要调节对象为火力发电机组和水力发电机组，在确保电网频率稳定方面发挥了重要作用。借鉴电网调度原EMS系统中AGC模块成功的运行经验，风电有功自动控制系统应根据电网EMS和风电场实时数据采集系统的实时信息、系统发电计划以及风电场功率预测系统信息，通过对风电场上网有功功率的控制调节，达到对大型风电场内几十台风电机组的有功功率控制。

在实际运行中，电网调度端AGC系统将每个大型风电场看成一台机组，作为系统的控制对象。电网调度端AGC系统参考发电计划和风功率预测结果进行指令计算，然后发送有功功率指令到风电场端AGC模块。风电AGC模块根据接收到的调度有功功率指令通过分配计算出每台风机的有功输出目标，最后将目标下发到每台风机实现风机功率的调节。

考虑到风电场内的集电线路、变压器等有功损耗，调度端的有功功率指令实际是指风电场送出线路的上网总有功，而不是风电场内所有风机的有功总加。现实中为简化系统接线，风电场大多采用一回线路接入电力系统，此时调度端下发给风电场的有功功率指令其实只有一个数值。风电场AGC模块虽然需要控制场内几十台风机的有功功率，但最终只要使风电场送出线路的上网总有功达到调度有功控制指令值即可。

为了实时追踪调度主站下发的有功控制指令，风电场一般有两种有功调度控制手段：(1)启/停风电机组；(2)调节并网风电机组的有功功率。目前风电场有功调度中，风电机组的启停主要以人工方式为主，有功功率自动控制系统主要采用的是第(2)种控制手段。实际上，本着“抢电量、提效率”的控制目标，在有功功率自动控制系统中，利用停风电机组手段可极大提高风电场对电网下达的降有功功率指令的响应速度，利用启动风电机组手段可大大提高风电场的发电能力，减少可能存在的弃风。但是，频繁的启停机操作将降低风电机组及相关配件的使用寿命。因此，需要研究一种实用化的风电场自动启/停控制方法。

发明内容

本发明的目的是为适应上述新要求，提出一种利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，在启机过程中，优先启动利用小时数较低的风电机组，在停机过程中，优化切除利用小时数较高的风电机组，克服现有技术的不足之处，以适应目前风力发电的快速波动化、减少启停机次数和公平调度的多重控制需求。

本发明提出的利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，包括以下步骤：

(1)从风电机组监控系统采集当前并网运行的各风电机组的实时有功功率p^w、有功上限和有功下限从电网调度中心实时采集调节主站下发的风电场控制指令p^set，从升压站监控系统实时采集风电场并网点有功功率实时值p^real；

(2)设定风电场有功控制死区p^dead，对电网调度主站接纳风电的能力进行判断：

(2.1)若p^set>p^real+p^dead，则判定电网调度主站具有继续接纳风电的空间，风电场可增加控制风电场有功功率，转步骤(3)；

(2.2)若p^set<p^real-p^dead，则判定电网调度主站需要该风电场弃风，以保证电网安全，转步骤(5)；

(2.3)若|p^set-p^real|<p^dead，则判定当前风电场有功功率满足电网调度主站要求，保持风电场有功功率，转步骤(7)；

(3)计算当前风电场并网风电场机组的最大理论有功功率p^w,max，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率上限根据最大理论有功功率p^w,max和风电场控制指令p^set，判断是否需要另外启动风电机组：

(3.1)若p^w,max≥p^set，则判定不需要另外启动风电机组，转步骤(7)；

(3.2)若p^set>p^w,max，则判定需要另外启动风电机组，以满足控制指令要求，转步骤(4)；

(4)选择未检修、未并网但设备无问题可投入并网的风电机组作为待并网运行机组，构成集合Ω^Q，计算集合Ω^Q内各风电机组的利用小时数，按照利用小时数从小到大进行排序，并使前N个风电机组构成一个待启动风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{\mathrm{set}}-p^{w,\max }<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

(5)计算当前风电场并网风电场机组的最小理论有功功率p^w,min，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率下限根据最小理论有功功率p^w,min和风电场控制指令p^set，判断是否需要切除并网风电机组：

(5.1)若p^w,min<p^set，则判定不需要切除并网风电机组，转步骤(7)；

(5.2)若p^w,min≥p^set，则判定需要切除并网风电机组，转步骤(6)；

(6)从风电机组运行信息历史数据库中获取所有并网运行的风电机组集合Ω^R内各风电机组的利用小时数，将利用小时数从大到小依次进行排序，并使前N个风电机组构成一个待切除并网风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{w,\min }-p^{\mathrm{set}}<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

(7)根据步骤(4)和步骤(6)确定的待启动风电机组集合和待切除并网风电机组集合，确定启动风电机组或待切除并网风电机的控制指令，通过风电机组监控系统将该控制指令下发到风电场的各风电机组，实现风电场风电机组自动启停。

本发明提出的利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，其特点和优点是：本方法根据公平调度的原则，当通过连续调节并网风电机组的有功功率可满足控制要求时，不使用启、停机方式，降低不必要的风电机组启次机操作。若需要启机，则优先启动利用小时数较低的风电机组；若需要停机，则优先切除利用小时数较高的风电机组。依据利用小时数排序的方式进行启停机控制，可有效避免针对同一台风机的频繁启停，提高风机的使用寿命，本方法可集成在风电场运行的有功功率自动控制子站系统中，使该系统能够实时根据风力发电运行状态和风电机组的运行状态，实施最适宜的控制策略，保证准确追踪调度主站下发的控制指令，并兼顾各风电机组间的公平调度。

具体实施方式

本发明提出的利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，包括以下步骤：

(1)从风电机组监控系统采集当前并网运行的各风电机组的实时有功功率p^w、有功上限和有功下限从电网调度中心实时采集调节主站下发的风电场控制指令p^set，从升压站监控系统实时采集风电场并网点有功功率实时值p^real；

(2)设定风电场有功控制死区p^dead(人工指令，一般为风电场容量的1％)，对电网调度主站接纳风电的能力进行判断：

(2.1)若p^set>p^real+p^dead，则判定电网调度主站具有继续接纳风电的空间，风电场可增加控制风电场有功功率，转步骤(3)；

(2.2)若p^set<p^real-p^dead，则判定电网调度主站需要该风电场弃风，以保证电网安全，转步骤(5)；

(2.3)若|p^set-p^real|<p^dead，则判定当前风电场有功功率满足电网调度主站要求，保持风电场有功功率，不需要启/停机控制，转步骤(7)；

(3)在增加风电场有功功率的决策过程中，计算当前风电场并网风电场机组的最大理论有功功率p^w,max，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率上限(由风电机组监控系统根据当前风速和风机参数实时计算得出)，根据最大理论有功功率p^w,max和风电场控制指令p^set，判断是否需要另外启动风电机组：

(3.1)若p^w,max≥p^set，则判定不需要另外启动风电机组，通过调节当前并网风电机组的有功功率，以满足控制指令要求，转步骤(7)；

(3.2)若p^set>p^w,max，则判定需要另外启动风电机组，以满足控制指令要求，转步骤(4)；

(4)人工选择未检修、未并网但设备无问题可投入并网的风电机组作为待并网运行机组，构成集合Ω^Q，计算集合Ω^Q内各风电机组的利用小时数，按照利用小时数从小到大进行排序，并使前N个风电机组构成一个待启动风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{\mathrm{set}}-p^{w,\max }<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

其目的是，优先利用已经并网风电机组的调节能力来满足风电场控制指令，若并网风电机组的调节能力用尽，则按照风电机组的利用小时数从小到大进行排序，依次启动利用小时数较小的风电机组，满足风电场的控制指令。

(5)在降低风电场有功功率的决策过程中，计算当前风电场并网风电场机组的最小理论有功功率p^w,min，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率下限(根据风电机组的类型由人工确定，一般为风电机组容量的5％)，根据最小理论有功功率p^w,min和风电场控制指令p^set，判断是否需要切除并网风电机组：

(5.1)若p^w,min<p^set，则判定不需要切除并网风电机组，通过调节当前并网风电机组的有功功率，以满足控制指令要求，转步骤(7)；

(5.2)若p^w,min≥p^set，则判定需要切除并网风电机组，转步骤(6)；

(6)从风电机组运行信息历史数据库中获取所有并网运行的风电机组集合Ω^R内各风电机组的利用小时数，将利用小时数从大到小依次进行排序，并使前N个风电机组构成一个待切除并网风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{w,\min }-p^{\mathrm{set}}<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

其目的是，优先利用已经并网运行机组的调节能力来满足风电场有功调节指令，若并网运行机组的调节能力用尽，则按照利用小时数从大到小进行排序，依次切除利用小时数较大的风电机组，满足风电场的控制指令。

(7)根据步骤(4)和步骤(6)确定的待启动风电机组集合和待切除并网风电机组集合，确定启动风电机组或待切除并网风电机的控制指令，通过风电机组监控系统将该控制指令下发到风电场的各风电机组，实现风电场风电机组自动启停。

本发明的利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法中，涉及的风电场有功功率自动控制(Automatic Generation Control，AGC)子站是风电场有功功率调整和频率控制的一种功能或者装置，是风电场调度自动化的主要内容之一，风电场AGC子站利用风电场的监控计算机、通讯通道、风电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，通过控制风电机组的有功功率和运行状态以实时跟踪调度主站下达的控制指令。

本方法中的风电机组利用小时数r_i ^w，可表征各风电机组的平均使用情况满足如下关系：

${r_i}^w=\frac{\underset{j=0}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(c_{i,j}^w\&CenterDot;p_{i,j}^w)}{p_i^{w,m}}$

其中N为参与统计的小时数(一般统计时段可取为一年，相应N取值为86400个小时)，为第i台风电机组在第i个小时的运行状态，1代表并网发电，0代表退出并网运行，表示第i台风电机组在第i个小时内的平均有功功率，表示第i台风电机组的有功设计容量。

Claims (1)

1.一种利用小时数偏差最小的风电场风电机组自动启停控制方法，包括以下步骤：

(1)从风电机组监控系统采集当前并网运行的各风电机组的实时有功功率p^w、有功上限和有功下限从电网调度中心实时采集调节主站下发的风电场控制指令p^set，从升压站监控系统实时采集风电场并网点有功功率实时值p^real；

(2)设定风电场有功控制死区p^dead，对电网调度主站接纳风电的能力进行判断：

(2.1)若p^set>p^real+p^dead，则判定电网调度主站具有继续接纳风电的空间，风电场可增加控制风电场有功功率，转步骤(3)；

(2.2)若p^set<p^real-p^dead，则判定电网调度主站需要该风电场弃风，以保证电网安全，转步骤(5)；

(2.3)若|p^set-p^real|<p^dead，则判定当前风电场有功功率满足电网调度主站要求，保持风电场有功功率，转步骤(7)；

(3)计算当前风电场并网风电场机组的最大理论有功功率p^w,max，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率上限根据最大理论有功功率p^w,max和风电场控制指令p^set，判断是否需要另外启动风电机组：

(3.1)若p^w,max≥p^set，则判定不需要另外启动风电机组，转步骤(7)；

(3.2)若p^set>p^w,max，则判定需要另外启动风电机组，以满足控制指令要求，转步骤(4)；

(4)选择未检修、未并网但设备无问题可投入并网的风电机组作为待并网运行机组，构成集合Ω^Q，计算集合Ω^Q内各风电机组的利用小时数，按照利用小时数从小到大进行排序，并使前N个风电机组构成一个待启动风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{\mathrm{set}}-p^{w,\max }<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^Q}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\stackrel{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

(5)计算当前风电场并网风电场机组的最小理论有功功率p^w,min，其中，i为并网运行风电机组的序号，Ω^R为所有并网运行的风电机组集合，为第i个并网运行风电机组的有功功率下限根据最小理论有功功率p^w,min和风电场控制指令p^set，判断是否需要切除并网风电机组：

(5.1)若p^w,min<p^set，则判定不需要切除并网风电机组，转步骤(7)；

(5.2)若p^w,min≥p^set，则判定需要切除并网风电机组，转步骤(6)；

(6)从风电机组运行信息历史数据库中获取所有并网运行的风电机组集合Ω^R内各风电机组的利用小时数，将利用小时数从大到小依次进行排序，并使前N个风电机组构成一个待切除并网风电机组集合，N满足如下关系：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}}<p^{w,\min }-p^{\mathrm{set}}<\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^R}{\overset{i\&le;N+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{\&OverBar;}{p^{w,i}};$

(7)根据步骤(4)和步骤(6)确定的待启动风电机组集合和待切除并网风电机组集合，确定启动风电机组或待切除并网风电机的控制指令，通过风电机组监控系统将该控制指令下发到风电场的各风电机组，实现风电场风电机组自动启停。