CN104158230B - 以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法，属于风电场有功自动调节技术领域，该方法包括：从电网调度端AGC系统获取风电场有功功率指令，并以此指令作为风电场上网有功总控制目标的上限P_max；正常运行情况下风电场有功功率1分钟变化最大限值计算上网总有功一个调节周期T的最大调节量；确定风电场上网有功控制目标的下限；在一个调节周期开始到来时，进行有功自动调节。本发明方法通过对上网总有功进行实时跟踪补偿式调节，保证上网总有功既不超过调度指令，又尽可能多的发电。

Description

以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法

技术领域

本发明属于风电场有功自动调节技术领域，特别涉及一种以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法。

背景技术

近年来，全国众多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。借鉴电网调度原电力系统能量管理系统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。

受制于风资源的间歇性和不稳定性，风速随机波动导致风功率无法实现精确预测，风力发电实现有功功率稳定控制存在较大难度。风电有功波动功率是风电输出有功功率预测值与实际风电功率值的误差，这部分误差值呈现较大范围的波动，给电力系统运行带来了挑战。集群风电场一般只建设一个测风塔系统，而场内的几十个风机分布在方圆几十平方公里范围内，风电场AGC模块很难利用超短期风功率预测数据实现对每台风机有功的精确控制。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法，不追求对单台风机有功的精确控制，而是利用风电场多个风电机组(几十到上百台)同时发电的集聚效应，通过对上网总有功进行实时跟踪补偿式调节，保证上网总有功既不超过调度指令，又尽可能多的发电。

本发明提出的以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)从电网调度端AGC系统获取风电场有功功率指令，并以此指令作为风电场上网有功总控制目标的上限P_max；

2)根据国家电网公司发布的《风电场接入电网技术规定》规定的“正常运行情况下风电场有功功率1分钟变化最大限值P_band/min”,计算上网总有功一个调节周期T(秒)的最大调节量P_band：

P_band＝P_band/min*T/60

3)确定风电场上网有功控制目标的下限P_min＝P_max-P_band；

4)在一个调节周期开始到来时，进行有功自动调节，具体包括：

4-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast；若上网总有功P_gate已在上限P_max和下限P_min之间即为合格，则不再调节风机有功输出；等待下一个调节周期开始，进行步骤4-1)，否则转步骤4-2)；

4-2)若上网总有功P_gate大于上限P_max时，执行减有功调节，总有功控制目标为：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)

若有功调节量ΔP＝P_gate-P_set大于一个调节周期的最大调节量P_band，则：

P_set＝P_setlast-P_band

若上网总有功P_gate小于下限P_min时，执行增有功调节，总有功控制目标为：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_min)

若有功调节量ΔP＝P_set-P_gate大于一个调节周期的最大调节量P_band，则：

P_set＝P_setlast+P_band

4-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标值P_set到每台风机；每台风机的容量记为S_i(S_k)，i(k)为风电场的风机的编号，i，k＝1.2.3…i(k)…n；n为风电场风机的总台数；每台有功控制目标记为P_iset，则：

$P_{\mathrm{iset}}=P_{\mathrm{set}}*S_i/{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^n{S}_k$

本周期调节结束，等待下一个调节周期开始转4-1)。

本发明提出的以上网总有功为控制目标的风电场有功自动控制方法，其优点是：本发明方法针对单台风机有功难以实现精确控制的现状，利用风电场多个风电机组(几十到上百台)同时发电的集聚效应，通过对上网总有功进行实时跟踪补偿式调节，保证上网总有功既不超过调度指令，又尽可能多的发电。该方法不追求单台风机有功控制能达到很高的精度，而是利用多个风电机组(几十到上百台)相互消峰填谷的集聚效应，使得风电场上网总有功在限电情况下能稳定输出。通过工程实践可以发现，这种方法简单易于实现，而且风电场装机容量规模越大效果越好。

具体实施方式

下面以某风电场采用本发明的一个具体实施例，介绍本发明的风电场有功自动调节方法：

本实施例的风电场总装机容量为99.5MW(其中33台1.5MW风机、25台2.0MW风机)，采用了本发明提出的以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法，具体调节过程包括以下步骤：

1)(2014年6月3日21时33分27秒)从电网调度端AGC系统获取风电场有功功率指令，并以此指令作为风电场上网有功总控制目标的上限P_max＝79.7；

2)根据国家电网公司发布的《风电场接入电网技术规定》的规定的“正常运行情况下风电场有功功率1分钟变化最大限值P_band/min”,计算上网总有功一个调节周期T(秒)的最大调节量P_band：

本实施例中正常运行情况下风电场有功功率在30-150MW时每分钟最大调节量为总装机容量的1/5，即每分钟的有功最大调节量P_band/min.＝99.5/5＝19.9；本实施例中上网总有功一个调节周期T(秒)为15秒；则，一个调节周期内上网总有功的最大调节量为：

P_band.＝P_band/min*T/60＝19.9*15/60＝5；

3)确定风电场上网有功控制目标的下限P_min＝P_max-P_band＝79.7-5＝74.7；

4)在第1个调节周期开始到来时(21时33分27秒)，进行有功自动调节，具体包括：

4-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast＝99.5；

4-2)上网总有功P_gate＝91.8大于上限P_max＝79.7时，执行减有功调节，总有功调节目标值：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)＝99.5-(91.8-79.7)＝87.4

4-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标值P_set到每台风机：

1.5MW风机每台控制目标值P_iset＝87.5*1.5/99.5＝1.32；

2.0MW风机每台控制目标值P_iset＝87.5*2.0/99.5＝1.75；

5)在第2个调节周期开始到来时(21时33分42秒)，进行有功自动调节，具体包括：

5-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast＝87.5；

5-2)上网总有功P_gate＝88.7大于上限P_max＝79.7时，执行减有功调节，总有功调节目标值：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)＝87.4-(88.7-79.7)＝78.4

有功调节量ΔP＝P_gate-P_set＝88.7-78.4＝10.3，大于一个调节周期的最大调节量P_band.＝5，则：

P_set＝P_gate-P_band.＝88.7-5＝83.7

5-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标值P_set到每台风机：

1.5MW风机每台控制目标值P_iset＝83.7*1.5/99.5＝1.26；

2.0MW风机每台控制目标值P_iset＝83.7*2.0/99.5＝1.68；

6)在第3个调节周期开始到来时(21时33分57秒)，进行有功自动调节，具体包括：

6-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast＝83.7；

6-2)上网总有功P_gate＝84.4大于上限P_max＝79.7时，执行减有功调节，总有功调节目标值：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)＝83.7-(84.4-79.7)＝79.0

6-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标值P_set到每台风机：

1.5MW风机每台控制目标值P_iset＝79.0*1.5/99.5＝1.19；

2.0MW风机每台控制目标值P_iset＝79.0*2.0/99.5＝1.59；

7)在第4个调节周期开始到来时(21时34分12秒)，上网总有功P_gate＝79.5，已在上限P_max＝79.7和下限P_min＝75.7之间即为合格，不调整风机有功输出；等待下一个调节周期开始；

8)在第5个调节周期开始到来时(21时34分27秒)，进行有功自动调节，具体包括：

8-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast＝79；

8-2)上网总有功P_gate＝80.2大于上限P_max＝79.7时，执行减有功调节，总有功调节目标值：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)＝79.0-(80.2-79.7)＝78.5

8-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标值P_set到每台风机：

1.5MW风机每台控制目标值P_iset＝78.5*1.5/99.5＝1.18；

2.0MW风机每台控制目标值P_iset＝78.5*2.0/99.5＝1.58；

9)在第6个调节周期开始到来时(21时34分42秒)，上网总有功P_gate＝78.7，已在上限P_max＝79.7和下限P_min＝75.7之间即为合格，不再调整风机有功输出；等待下一个调节周期开始；

10)在第29个调节周期开始到来时(21时40分27秒)，上网总有功P_gate＝78.4，在上限P_max＝79.7和下限P_min＝75.7之间即为合格，不再调整风机有功输出；等待下一个调节周期开始；

11)在第30个调节周期开始到来时(21时40分42秒)，上网总有功P_gate＝77.3，在上限P_max＝79.7和下限P_min＝75.7之间即为合格，不再调整风机有功输出；等待下一个调节周期开始；

从上述实施例可以看出，采用了本发明提出的以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法以后，从接收调度指令到风电场上网总有功调节到位共花时1分钟，有功调节量为13.1MW，符合每分钟调节量小于19.9MW的规定；上网总有功从91.8MW逐步降到78.7MW，符合平滑调节的要求；调节成功后，6分钟内有功保持平稳，没有再调节风机的有功功率，总体调节效果较好。

Claims (1)

1.以上网总有功为控制目标的风电场有功自动调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)从电网调度端AGC系统获取风电场有功功率指令，并以此指令作为风电场上网有功总控制目标的上限P_max；

2)根据国家电网公司发布的《风电场接入电网技术规定》规定的“正常运行情况下风电场有功功率1分钟变化最大限值P_band/min”,计算上网总有功一个调节周期T的最大调节量P_band：

P_band＝P_band/min*T/60；

3)确定风电场上网有功控制目标的下限P_min＝P_max-P_band；

4)在一个调节周期开始到来时，进行有功自动调节；

所述步骤4)具体包括：

4-1)获取上一调节周期的上网总有功指令值P_setlast；若上网总有功P_gate已在上限P_max和下限P_min之间即为合格，则不再调节风机有功输出；等待下一个调节周期开始，进行步骤4-1)，否则转步骤4-2)；

4-2)若上网总有功P_gate大于上限P_max时，执行减有功调节，总有功控制目标为：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_max)；

若有功调节量ΔP＝P_gate-P_set大于一个调节周期的最大调节量P_band，则：

P_set＝P_setlast-P_band；

若上网总有功P_gate小于下限P_min时，执行增有功调节，总有功控制目标为：

P_set＝P_setlast-(P_gate-P_min)；

若有功调节量ΔP＝P_set-P_gate大于一个调节周期的最大调节量P_band，则：

P_set＝P_setlast+P_band；

4-3)按容量等比例方法分解总有功控制目标P_set到每台风机；每台风机的容量记为S_i或S_k，i或k为风电场的风机的编号，i＝1，2，3…i…n，k＝1，2，3…k…n；n为风电场风机的总台数；每台有功控制目标记为P_iset，则：

$P_{iset}=P_{set}*S_i/{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{S}_k$

本周期调节结束，等待下一个调节周期开始转4-1)。