CN106712081A - 一种具有一体化功能的风电场监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有一体化功能的风电场监控系统，具有风电场预测误差分析功能、风电场有功控制功能和风电场无功控制功能，根据风电功率预测数据确定风电场的相对误差，建立风电功率预测误差置信评估模型，并确定模型参数，根据模型参数建立参数的回归模型并确定风电功率期望值，接受有功出力调控指令，并进行有功调控，完成有功出力控制，设定风电场无功出力值，将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控，本发明能够综合考虑风电功率预测的偏差并对其进行合理评估，增强风电场有功功率控制的合理性，有助于实现风电场的智能控制，提高风电场的运营、管理水平，对于提高风电运行控制的准确性和合理性具有重要意义。

Description

一种具有一体化功能的风电场监控系统

技术领域

本发明涉及风电场监控系统技术领域，具体的说是一种具有一体化功能的风电场监控系统。

背景技术

我国风电经过连续多年的高速发展，关键技术缺失导致风电场难以完全适应并网要求，风电发展进入平台期，风电在电网适应性上的问题逐渐凸显，大规模的风电并网对电力系统安全稳定运行带来压力，提高风电的电网适应性，建设电网友好型风电场刻不容缓。所谓电网友好即要求风电场能够尽可能的像常规电厂一样实现可测、可控和可调，上述三点要求对风电场运行和控制相关技术提出了明确要求。风电场可控就是要求风电场能够根据功率预测信息和电网安全稳定运行需求，综合考虑风电机组自身的运行约束和响应能力，具备自动调节有功和无功功率对的能力，对电网提供稳态和暂态条件下的支撑。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款能够实现功率预测、有功控制和无功控制的交互，实现控制的统一协调，能更加准确的实现控制目标并实施控制,提高风电场的运营、管理水平的一种具有一体化功能的风电场监控系统，正是发明人所要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有一体化功能的风电场监控系统，能够实现功率预测、有功控制和无功控制的交互，实现控制的统一协调，有助于更加准确的实现控制目标并实施控制,提高风电场的运营、管理水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有一体化功能的风电场监控系统，其包括风电场预测误差分析模块、风电场有功控制模块和风电场无功控制模块。

进一步，所述的风电场预测误差分析模块包括以下步骤：

a、根据风电功率预测数据确定风电场的相对误差e，

其中，P_pre为风电场预测功率，P_act为风电场实际功率，P_farm为风电场额定功率；

b、建立风电功率预测误差置信评估模型，并确定所述模型参数，

对于随机变量Y的一个随机样本{y₁,y₂,…,y_n}，τ分位数的样本分位数线性回归要求满足：

min_β∈R∑_iρτ(y_i-x_i′β(τ)) (2)

其中，R为功率数据集合，ρ为检验函数，x′_i为功率影响因子；

利用内点法求解argmin_β∈R∑_iρτ(y_i-x_i′β(τ))得到的参数估计值将式所述检验函数代入上式argmin_β∈R∑_iρτ(y_i-x_i′β(τ))，求取即为唯一的τ回归分位数；

c、根据所述模型参数建立所述参数的回归模型并确定风电功率期望值，

其中，e_τ为根据建立的分位回归模型，得到对应的风电功率误差范围，e为相对误差。

进一步，所述的风电场有功控制模块包括以下步骤：

a、接受有功出力调控指令，若有功出力调控指令来自电网调度中心，置判断标志flag为0，若有功出力调控指令来自现地层，置判断标志flag为1；

b、根据设定的有功最大变化率λ，按式(1)计算每分钟的风电场实时有功出力P：

P＝P_pre+λ×P_max (4)

式中，P_pre为前一分钟的风电场实时有功出力，P_max为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量P_ins<30MW时，λ·P_rmax≤6MW/min，当30MW≤P_ins≤150MW时，λ·P_rmax≤P_ins/5，当P_ins>150MW时，λ·P_rmax≤30MW/min；

c、当flag＝0，进入步骤d，当flag＝1，按式(2)对风电场有功实时出力进行校验

P≤0.9P_ava (5)

式中，P_ava为风电场可用最大有功出力，若满足式(5)，进入步骤d，否则，退出控制；

d、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场有功出力控制；

e、对调控后的风电场实时有功出力进行采样，若满足有功出力调控指令的要求，退出控制，等待下一个调控指令，否则，回到步骤b。

进一步，所述的风电场无功控制模块包括以下步骤：

a、设定风电场无功出力值；

b、将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控。

本发明的有益效果是：

1、本发明为风电场能够综合考虑风电功率预测的偏差并对其进行合理评估，增强风电场有功功率控制的合理性，能够有助于实现风电场的智能控制，提高风电场的运营、管理水平，对于提高风电运行控制的准确性和合理性具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例的一体化功能的风电场监控系统功能示意图。

图2为本发明实施例的风电场预测误差分析流程图。

图3为本发明实施例的风电场有功控制流程图。

图4为本发明实施例的风电场无功控制流程图。

图5为本发明实施例的5个风电场24小时的预测功率、实际发电和给定的调度指令曲线图。

图6为本发明实施例的考虑风电功率预测误差的有功控制效果曲线图。

图7为本发明实施例的采用本发明方法时1#风电场的有功控制目标值与实际值曲线图。

图8为本发明实施例的采用本发明方法时2#风电场的有功控制目标值与实际值曲线图。

图9为本发明实施例的采用本发明方法时3#风电场的有功控制目标值与实际值曲线图。

图10为本发明实施例的采用本发明方法时4#风电场的有功控制目标值与实际值曲线图。

图11为本发明实施例的采用本发明方法时5#风电场的有功控制目标值与实际值曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见本发明实施例的一体化功能的风电场监控系统功能示意图，该结构为一种具有一体化功能的风电场监控系统，包括有风电场预测误差分析功能、风电场有功控制功能和风电场无功控制功能，监控系统通过如下方法实现以上功能：

实施例1：

(1)如图2所示，为风电场预测误差分析流程图，其实现步骤如下：

a、根据风电功率预测数据计算风电场的相对误差ε，若风电场预测功率为P_pre，风电场实际功率为P_act，风电场额定功率为P_farm，则风电场的相对误差ε为；

b、采用分位数回归方法建立风电功率预测误差置信评估模型，利用内点法评估模型参数；

对于随机变量Y的一个随机样本{y₁,y₂,…,y_n}，通常τ分位数的样本分位数线性回归要求满足：

min_β∈R∑_iρτ(y_i-x_i′β(τ)) (2)

利用内点法求解argmin_β∈R∑_iρτ(y_i-x_i′β(τ))可以得到式参数估计值可求取即为唯一的τ回归分位数；

c、评估风电功率期望值，由步骤c可得满足一定置信度要求的风电预测功率分位数(τ₁,…,τ_n)，根据分位数(τ₁,…,τ_n)建立分位回归模型，并得到对应的风电功率误差范围e_τ及其概率分布F(P)，进一步得到风电功率期望。

(2)如图3所示，为风电场有功控制流程图，其实现步骤如下：

a、接受有功出力调控指令，若有功出力调控指令来自电网调度中心，置判断标志flag为0，若有功出力调控指令来自现地层，置判断标志flag为1；

b、根据设定的有功最大变化率λ，按式(1)计算每分钟的风电场实时有功出力P：

P＝P_pre+λ×P_max (4)

式中，P_pre为前一分钟的风电场实时有功出力，P_max为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量P_ins<30MW时，λ·P_rmax≤6MW/min，当30MW≤P_ins≤150MW时，λ·P_rmax≤P_ins/5，当P_ins>150MW时，λ·P_rmax≤30MW/min；

c、当flag＝0，进入步骤d，当flag＝1，按式(2)对风电场有功实时出力进行校验

P≤0.9P_ava (5)

式中，P_ava为风电场可用最大有功出力，若满足式(5)，进入步骤d，否则，退出控制；

d、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场有功出力控制；

e、对调控后的风电场实时有功出力进行采样，若满足有功出力调控指令的要求，退出控制，等待下一个调控指令，否则，回到步骤b。

(3)如图4所示，为风电场无功控制流程图，其实现步骤如下：

a、设定风电场无功出力值；

b、将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控；

所述方法用于调节风电场输出有功功率满足电网调度部门有功调节指令的情况。以国内某风电基地的风电功率预测和实际运行数据为基础，选取该风电基地内的5个风电场(总装机容量1104MW)2011年某日的预测功率和实际发电数据。前16小时的数据用于风电场预测功率误差置信评估，后8个小时的数据用于对比验证有功优化控制策略的效果。参见图5为本发明实施例的5个风电场24小时的预测功率、实际发电和给定的调度指令曲线图。5个风电场的装机容量分别为：1#风电场201MW，2#风电场201MW，3#风电场300MW，4#风电场201MW，5#风电场201MW。

考虑风电功率预测误差后采用风电有功控制效果与容量比例分配方法的风电有功控制效果对比如图6所示，参见图7～11为采用本发明方法后各风电场的有功控制目标值与实际值。参见图7～9给出了三个风电场的控制目标值，可见1#和2#风电场的控制目标优于容量比例方法得到的控制目标，特别是在3.5～4.2小时之间，由于实际值大于调度指令，采用所述方法能够满足调度指令，而容量比例方法无法满足调度指令，在其它调节时段的控制目标也更接近于实际值。

Claims (4)

1.一种具有一体化功能的风电场监控系统，其特征在于：其包括风电场预测误差分析模块、风电场有功控制模块和风电场无功控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种具有一体化功能的风电场监控系统，其特征在于：所述的风电场预测误差分析模块包括以下步骤：

a、根据风电功率预测数据确定风电场的相对误差e，

$e=\frac{P_{pre}-P_{act}}{P_{farm}}---\left(1\right)$

其中，P_pre为风电场预测功率，P_act为风电场实际功率，P_farm为风电场额定功率；

b、建立风电功率预测误差置信评估模型，并确定所述模型参数，

对于随机变量Y的一个随机样本{y₁,y₂,…,y_n}，τ分位数的样本分位数线性回归要求满足：

min_β∈R∑_iρτ(y_i-x′_iβ(τ)) (2)

其中，R为功率数据集合，ρ为检验函数，x′_i为功率影响因子；

利用内点法求解argmin_β∈R∑_iρτ(y_i-x′_iβ(τ))得到的参数估计值将式所述检验函数代入上式argmin_β∈R∑_iρτ(y_i-x′_iβ(τ))，求取即为唯一的τ回归分位数；

c、根据所述模型参数建立所述参数的回归模型并确定风电功率期望值，

$E={\&Integral;}_0^{e_{\mathrm{\&tau;}}}e\&CenterDot;F\left(e\right)de---\left(3\right)$

其中，e_τ为根据建立的分位回归模型，得到对应的风电功率误差范围，e为相对误差。

3.根据权利要求1所述的一种具有一体化功能的风电场监控系统，其特征在于：所述的风电场有功控制模块包括以下步骤：

a、接受有功出力调控指令，若有功出力调控指令来自电网调度中心，置判断标志flag为0，若有功出力调控指令来自现地层，置判断标志flag为1；

b、根据设定的有功最大变化率λ，按式(1)计算每分钟的风电场实时有功出力P：

P＝P_pre+λ×P_max (4)

式中，P_pre为前一分钟的风电场实时有功出力，P_max为风电场的最大有功出力，当风电场装机容量P_ins<30MW时，λ·P_rmax≤6MW/min，当30MW≤P_ins≤150MW时，λ·P_rmax≤P_ins/5，当P_ins>150MW时，λ·P_rmax≤30MW/min；

c、当flag＝0，进入步骤d，当flag＝1，按式(2)对风电场有功实时出力进行校验

P≤0.9P_ava (5)

式中，P_ava为风电场可用最大有功出力，若满足式(5)，进入步骤d，否则，退出控制；

d、将得到的风电场实时有功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行有功调控，完成一次风电场有功出力控制；

e、对调控后的风电场实时有功出力进行采样，若满足有功出力调控指令的要求，退出控制，等待下一个调控指令，否则，回到步骤b。

4.根据权利要求1所述的一种具有一体化功能的风电场监控系统，其特征在于：所述的风电场无功控制模块包括以下步骤：

a、设定风电场无功出力值；

b、将无功出力值按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控。