CN108155666B - 一种风电场有功调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电场有功调控方法,包括如下步骤:步骤1:判断是否需要调控,需要调控进入步骤2;步骤2:计算风电场有功调控目标值;步骤3:根据步骤2计算得到的风电场有功调控目标值;步骤4:将步骤3计算并修订后得到的风电场各风机的预设值下发到各风机的RTU,通过预定的通信协议写入相应风机的PLC,实现风机当次功率控制;步骤5:基于步骤4的调控结果并按照步骤1判断是否仍需调控,若是,根据步骤2~4进行再次调控直至满足调控要求,若否,结束调度周期内对风电场有功的调控。本发明采用比例分配和优先级分配相结合的分配方法,实现风电场输出功率输出最大化做到连续平稳调控,满足调度系统对风电场有功变化率的要求。
Description
技术领域
本发明涉及新能源风力发电系统领域,具体涉及一种风电场的有功调控方法。
背景技术
为应对能源危机,各国积极研究新能源技术,风电具有清洁环保、取之不竭等优点,受到各国高度重视。就我国而言,计划到2020年,风电并网装机容量2亿千瓦。然而,不同于就地消纳方式,大规模并网方式的风电由于其不确定性将给电网带来巨大的冲击,因此,调度系统对风电场的控制精度及10min、1min的最大功率变化率具有严格的要求。
风电场有功控制处于探索发展阶段。有功控制在火电、水电等传统发电行业已经很成熟,但在新兴的风电行业仍面临很多问题。由于风速、风向的实时变化及受限于机组设备调节能力,风电的有功调控要比其他发电行业要复杂很多。目前,国内很多风电场的有功调控是通过人工实现。人工控制存在响应时间长、人工成本高、分配不合理、出错率高等缺点。因此,积极探索有功调控方法,对于实现风电场稳健运行及有功输出最大化具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种可满足调度系统对风电场有功变化率的要求,且调控连续平稳的风电场的有功调控方法。
上述目的是通过如下技术方案实现:一种风电场有功调控方法,包括如下步骤:
步骤1:根据调度中心下发的指令或功率调度系统客户端的需求,将调度中心或功率调度系统客户端发布的有功指令值与风电场实时总有功进行比较,当|Psv-Ptol|≤(0~8%)Ptol时,则不需要调控,当|Psv-Ptol|>(0~8%)Ptol时,则需要调控进入步骤2;其中,Psv为有功指令值,Ptol为风电场实时总有功;
步骤2:计算风电场有功调控目标值;
步骤3:根据步骤2计算得到的风电场有功调控目标值,采用比例分配和优先级分配相结合的分配算法,计算得到风电场各风机的预设值,具体步骤如下:
步骤3.1:剔除由步骤2计算得到的风电场有功调控目标值中单独控制风机的有功总量,得到群控风机的有功调控目标值,记为Pq_tgt;
步骤3.2:判断风电场中群控风机的有功出力是上调还是下调,当Pq_tol≤Pq_tgt时,需要上调风电场有功功率,进入步骤3.3;当Pq_tol>Pq_tgt,需要下调风电场有功功率,进入步骤3.4;其中Pq_tol为群控风机总实时有功;
步骤3.3:采用比例分配算法计算出各发电风机的预设值:计算群控风机中风机PLC的有功设定值大于等于该风机发电允许有功最大值的风机的有功总和,记为Pother;比较Pq_tol与Pother,若Pq_tol≤Pother,则将上调比例系数置零,即群控风机中风机PLC的设定值大于等于该风机发电允许最大值的风机不参与控制,若Pq_tol>Pother,计算上调比例系数,并根据计算的上调比例系数计算各风机的预设值;其中Pq_tol为群控风机总实时有功;
步骤3.4:采用比例分配和优先级分配相结合的分配算法,计算得到各发电风机的预设值,具体步骤如下:
步骤3.4.1:根据风机的优先工作顺序确定的风机的优先级,分别计算风电场内优先级为1的风机的发电允许有功最小值的和,记为P1,优先级为2的风机总有功,记为P2,优先级为n的风机总有功,记为Pn,比较Pq_tgt与(P1+P2+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2+…+Pn),则计算优先级为1的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数计算优先级为1的风机预设值,优先级为2~n的风机不参与调控;若Pq_tgt小<(P1+P2+…+Pn),则进入步骤3.4.2;
步骤3.4.2:计算风电场内优先级为2的风机的发电允许有功最小值的和,记为P2',比较Pq_tgt与(P1+P2'+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2'+…+Pn),则计算优先级为1和2的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1和2的风机预设值,优先级为3~n的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2'+…+Pn),则进入步骤3.4.3;
步骤3.4.3:计算风电场内优先级为3的风机的发电允许有功最小值的和,记为P3',比较Pq_tgt与(P1+P2'+P3'+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2'+P3'+…+Pn),则计算优先级为1、2和3的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1、2、3的风机预设值;优先级为4~n的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2'+P3'+…+Pn),则进入步骤3.4.4;
步骤3.4.4:根据3.4.1~3.4.3的计算方法直至需计算优先级为1~n的风机的下调比例系数;再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1~n的风机预设值;
步骤3.5:根据各风机发电最大有功设定值、最小有功设定值,修正步骤3.3或3.4所得到的各风机的预设值,并得到各风机的预设值的修正值;
步骤4:将步骤3计算并修订后得到的风电场各风机的预设值下发到各风机的RTU,通过预定的通信协议写入相应风机的PLC,实现风机当次功率控制;
步骤5:基于步骤4的调控结果并按照步骤1判断是否仍需调控,若是,根据步骤2~4进行再次调控直至满足调控要求,若否,结束调度周期内对风电场有功的调控。
需要说明的是,风电场内风机的分级主要依据风电场内的历史数据结合各风机的运行特性,确定其优先工作顺序,即确定的风机的优先级,如1~3级,1级风机优先工作;另外步骤3.3中,“群控风机中风机PLC的有功设定值大于等于该风机发电允许有功最大值的风机的有功总和”,应当理解是找出群控风机中风机PLC的有功设定值大于等于该风机发电允许有功最大值的风机,然后计算上述风机的有功总和,即为Pother;其次调度周期一般固定,如省级调度中心的调度周期为10分钟;再次,步骤1中,理论上,当|Psv-Ptol|≠0时,就需要调控,为了避免频繁的调整风机状态,可根据实际情况设置风电场的调节死区的调节死区,即(0~8%)Ptol,当|Psv-Ptol|≤(0~8%)Ptol时,则不需要调控,当|Psv-Ptol|>(0~8%)Ptol时,则需要调控。
作为优选,进一步的技术方案是:所述步骤2个风电场有功调控目标值的具体计算步骤如下:
步骤2.1:初步计算风电场有功调控目标值,计算公式如下:若Psv≥Ptol,则Ptgt=Ptol*(1+Δ),若Psv<Ptol,则Ptgt=Ptol*(1-Δ),式中,Psv为有功指令值,Ptol为风电场实时总有功,Ptgt为风电场有功调控目标值,Δ的取值范围为1/20~1/10;
步骤2.2:判断步骤2.1计算的Ptgt是否满足风电场调度周期内最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Psv,若满足,则进入步骤2.3;
步骤2.3:判断步骤2.2得到的Ptgt是否满足风电场1分钟最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Ptol的正负一分钟的变化量,若满足,则将步骤2.2得到的Ptgt作为风电场有功调控目标值。
更进一步的技术方案是:所述步骤3.3中上调比例系数的计算公式为per=(Pq_tgt-Pother)/(Pq_tol-Pother),式中,per为上调比例系数。
更进一步的技术方案是:所述步骤3.4.1中优先级为1的风机的下调比例系数为per1=(Pq_tgt-Pn-…-P2)/(Pq_tol-Pn-…-P2),优先级为1的风机的预设值为式中,per1优先级为1的风机的下调比例系数,P2、Pn分别为优先级为2和n的风机总有功,为群控风机中优先级为1的风机的预设值,为群控风机中优先级为1的风机实时有功值。
更进一步的技术方案是:所述步骤3.4.2中优先级为1和2的风机的下调比例系数为per12=(Pq_tgt-Pn-…-P3)/(Pq_tol-Pn-…-P3),优先级为1的风机的预设值为
优先级为2的风机的预设值为式中,per12优先级为1和2的风机的下调比例系数,P3、Pn分别为优先级为3和n的风机总有功,和为群控风机中优先级为1和2的风机的预设值,和为群控风机中优先级为1和2的风机实时有功值。
更进一步的技术方案是:所述步骤3.4.4中优先级为1~n的风机的下调比例系数为per'=Pq_tgt/Pq_tol,优先级为1~n的风机的预设值分别为 式中,per'为先级为1~n的风机的下调比例系数, 和为群控风机中优先级为1、2和n的风机的预设值,和为群控风机中优先级为1、2和n的风机实时有功值。
更进一步的技术方案是:所述步骤3.5中风机的预设值的修正方法为:当时,则当时,则当时,式中,为群控风机中编号为i的风机的预设值,为群控风机中编号为i的风机的预设值的修正值,和分别为编号为i的风机的发电最大有功设定值和最小有功设定值。
更进一步的技术方案是:所述的步骤4中预定的通信协议为MODBUS协议。
更进一步的技术方案是:根据风机的优先工作顺序将风机的优先级份为1、2、3三级。
本发明基于比例算法和优先级算法相结合的智能有功调控方法,考虑风电场10min、1min的最大功率变化率因素,做到连续平稳调控,满足调度系统对风电场有功变化率的要求。同时,在满足调度要求的前提下,根据风机运行特性,将风机划分为不同的优先级,采用比例分配和优先级分配相结合的分配方法,实现风电场输出功率输出最大化。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式下的电场有功调控系统的整体结构图;
图2为本发明一种实施方式下所涉及的风电场有功目调控标值求解流程图;
图3为本发明一种实施方式下的基于比例算法和优先级算法相结合的有功功率分配算法图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外,本领域技术人员根据本文件的描述,可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下,参照图1和图2,一种风电场有功调控方法,包括如下步骤,如图1~3:
步骤1:为了避免频繁的调整风机状态,可根据省级调度中心(以下简称省调)下发的指令或功率调度系统客户端的需求,将省调下发的有功指令值与风电场实时总有功进行比较,当|Psv-Ptol|≤5%Ptol时,则不需要调控,当|Psv-Ptol|>5%Ptol时,则需要调控进入步骤2。
步骤2:计算风电场有功调控目标值,如图2:
步骤2.1:初步计算风电场有功调控目标值,计算公式如下:若Psv≥Ptol,则Ptgt=Ptol*(1+Δ),若Psv<Ptol,则Ptgt=Ptol*(1-Δ),式中,Psv为有功指令值,Ptol为风电场实时总有功,Ptgt为风电场有功调控目标值,Δ取值为1/20;
步骤2.2:判断步骤2.1计算的Ptgt是否满足风电场调度周期内(省调中心10分钟下发一个指令,即省调以10分钟为一个调度周期,风电场调度系统的调控周期为30秒,即在省调周期10分钟内风电场调度系统响应20次,以省调周期的起点为始点,10分钟内调控目标值的变化率应不超过10分钟最大功率变化率。)最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Psv,若满足,则进入步骤2.3;
步骤2.3:判断步骤2.2得到的Ptgt是否满足风电场1分钟最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Ptol的正负一分钟的变化量,若满足,则将步骤2.2得到的Ptgt作为风电场有功调控目标值;其中,1分钟最大功率变化率是指1分钟内风电场输出功率最大值与最小值之间的变化量。
步骤3:由于风机的自身原因,当风电场有用功率上调时,风机很难达到设定值,而有功功率下调时,在保证风电场10分钟、1分钟最大变化率的前提下,风机发电量的下调较容易实现,因此,本发明在有功功率分配算法设计过程中,功率上调情况时仅采用比例分配,功率下调情况时采用比例分配和优先级分配相结合的有功功率分配方法,具体步骤如下,如图3:
步骤3.1:由于在智能功率调度过程中,单独控制风机的发电状态不参与控制,因此,在当次调度周期内,先剔除由步骤2计算得到的风电场有功调控目标值中单独控制风机的有功总量,群控风机的总实时有功为Pq_tol=Ptol-Pd_tol,群控风机的有功调控目标值为Pq_tgt=Ptgt-Pd_tol,式中,Pd_tol为单独控制风机的总功率;
步骤3.2:判断风电场中群控风机的有功出力是上调还是下调,当Pq_tol≤Pq_tgt时,需要上调风电场有功功率,进入步骤3.3;当Pq_tol>Pq_tgt,需要下调风电场有功功率,进入步骤3.4;其中Pq_tol为群控风机总实时有功;
步骤3.3:采用比例分配算法计算出各发电风机的预设值:计算群控风机中风机PLC的有功设定值大于等于该风机发电允许有功最大值的风机的有功总和,记为Pother,即为群控风机满发状态下总有功功率;比较Pq_tol与Pother,若Pq_tol≤Pother,则将上调比例系数置零,即per=0,即群控风机中风机PLC的设定值大于等于该风机发电允许最大值的风机不参与控制,若Pq_tol>Pother,计算上调比例系数,计算公式为per=(Pq_tgt-Pother)/(Pq_tol-Pother),并根据计算的上调比例系数计算各风机的预设值,风机的预设值的计算公式为:式中,为群控风机中编号为i的风机的预设值,为群控风机中编号为i实时有功值。
步骤3.4:风电场有功功率下调时,需要考虑风电场风机的优先级,根据风机的优先工作顺序确定的风机的优先级,令:优先级分别为1、2、3的风机数量为count1、count2、count3,采用比例分配和优先级分配相结合的分配算法,计算得到各发电风机的预设值,具体步骤如下:
步骤3.4.1:分别计算风电场内优先级为1的风机的发电允许有功最小值的和,记为P1,P1=P1min×count1,P1min为优先级为1的风机的发电允许有功最小值,优先级为2的风机总有功,记为P2,优先级为3的风机总有功,记为P3,比较Pq_tgt与(P1+P2+P3),若Pq_tgt≥(P1+P2+P3),则计算优先级为1的风机的下调比例系数,计算公式为per1=(Pq_tgt-P3-P2)/(Pq_tol-P3-P2),优先级为1的风机的预设值为式中,per1优先级为1的风机的下调比例系数,为群控风机中优先级为1的风机的预设值,为群控风机中优先级为1的风机实时有功值。优先级为2和3的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2+P3),则进入步骤3.4.2;
步骤3.4.2:计算风电场内优先级为2的风机的发电允许有功最小值的和,记为P2',P2'=P2min×count2,P2min为优先级为2的风机的发电允许有功最小值,比较Pq_tgt与(P1+P2'+P3),若Pqtg_t≥(P1+P2'+P3),则计算优先级为1和2的风机的下调比例系数,计算公式为per12=(Pq_tgt-P3)/(Pq_tol-P3),优先级为1的风机的预设值为优先级为2的风机的预设值为式中,per12优先级为1和2的风机的下调比例系数,P3、Pn分别为优先级为3和n的风机总有功,和为群控风机中优先级为1和2的风机的预设值,和为群控风机中优先级为1和2的风机实时有功值,优先级为3的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2'+P3),则进入步骤3.4.3;
步骤3.4.3:计算优先级为1~3的风机的下调比例系数,计算公式为per'=Pq_tgt/Pq_tol,优先级为1~3的风机的预设值分别为 式中,per'为先级为1~3的风机的下调比例系数,和为群控风机中优先级为1、2和3的风机的预设值,和为群控风机中优先级为1、2和3的风机实时有功值。
步骤3.5:根据各风机发电最大有功设定值、最小有功设定值,修正步骤3.3或3.4所得到的各风机的预设值,并得到各风机的预设值的修正值;修正方法为:当时,则当时,则当时,式中,为群控风机中编号为i的风机的预设值,为群控风机中编号为i的风机的预设值的修正值,和分别为编号为i的风机的发电最大有功设定值和最小有功设定值。
步骤4:将步骤3计算并修订后得到的风电场各风机的预设值下发到各风机的RTU,通过预定的通信协议MODBUS写入相应风机的PLC,实现风机当次功率控制;
步骤5:基于步骤4的调控结果并按照步骤1判断是否仍需调控,若是,根据步骤2~4进行下次调控直至满足调控要求,若否,结束调度周期内对风电场有功的调控。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种风电场有功调控方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:根据调度中心下发的指令或功率调度系统客户端的需求,将调度中心或功率调度系统客户端发布的有功指令值与风电场实时总有功进行比较,当|Psv-Ptol|≤(0~8%)Ptol时,则不需要调控,当|Psv-Ptol|>(0~8%)Ptol时,则需要调控进入步骤2;其中,Psv为有功指令值,Ptol为风电场实时总有功;
步骤2:计算风电场有功调控目标值;
步骤3:根据步骤2计算得到的风电场有功调控目标值,采用比例分配和优先级分配相结合的分配算法,计算得到风电场各风机的预设值,具体步骤如下:
步骤3.1:剔除由步骤2计算得到的风电场有功调控目标值中单独控制风机的有功总量,得到群控风机的有功调控目标值,记为Pq_tgt;
步骤3.2:判断风电场中群控风机的有功出力是上调还是下调,当Pq_tol≤Pq_tgt时,需要上调风电场有功功率,进入步骤3.3;当Pq_tol>Pq_tgt,需要下调风电场有功功率,进入步骤3.4;其中Pq_tol为群控风机总实时有功;
步骤3.3:采用比例分配算法计算出各发电风机的预设值:计算群控风机中风机PLC的有功设定值大于等于该风机发电允许有功最大值的风机的有功总和,记为Pother;比较Pq_tol与Pother,若Pq_tol≤Pother,则将上调比例系数置零,即群控风机中风机PLC的设定值大于等于该风机发电允许最大值的风机不参与控制,若Pq_tol>Pother,计算上调比例系数,并根据计算的上调比例系数计算各风机的预设值;
步骤3.4:采用比例分配和优先级分配相结合的分配算法,计算得到各发电风机的预设值,具体步骤如下:
步骤3.4.1:根据风机的优先工作顺序确定的风机的优先级,分别计算风电场内优先级为1的风机的发电允许有功最小值的和,记为P1,优先级为2的风机总有功,记为P2,优先级为n的风机总有功,记为Pn,比较Pq_tgt与(P1+P2+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2+…+Pn),则计算优先级为1的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数计算优先级为1的风机预设值,优先级为2~n的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2+…+Pn),则进入步骤3.4.2;
步骤3.4.2:计算风电场内优先级为2的风机的发电允许有功最小值的和,记为P2',比较Pq_tgt与(P1+P2'+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2'+…+Pn),则计算优先级为1和2的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1和2的风机预设值,优先级为3~n的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2'+…+Pn),则进入步骤3.4.3;
步骤3.4.3:计算风电场内优先级为3的风机的发电允许有功最小值的和,记为P3',比较Pq_tgt与(P1+P2'+P3'+…+Pn),若Pq_tgt≥(P1+P2'+P3'+…+Pn),则计算优先级为1、2和3的风机的下调比例系数,再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1、2、3的风机预设值;优先级为4~n的风机不参与调控;若Pq_tgt<(P1+P2'+P3'+…+Pn),则进入步骤3.4.4;
步骤3.4.4:根据3.4.1~3.4.3的计算方法直至需计算优先级为1~n的风机的下调比例系数;再依据计算的下调比例系数分别计算优先级为1~n的风机预设值;
步骤3.5:根据各风机发电最大有功设定值、最小有功设定值,修正步骤3.3或3.4所得到的各风机的预设值,并得到各风机的预设值的修正值;
步骤4:将步骤3计算并修订后得到的风电场各风机的预设值下发到各风机的RTU,通过预定的通信协议写入相应风机的PLC,实现风机当次功率控制;
步骤5:基于步骤4的调控结果并按照步骤1判断是否仍需调控,若是,根据步骤2~4进行再次调控直至满足调控要求,若否,结束调度周期内对风电场有功的调控。
2.根据权利要求1所述的风电场有功调控方法,其特征在于,所述步骤2个风电场有功调控目标值的具体计算步骤如下:
步骤2.1:初步计算风电场有功调控目标值,计算公式如下:若Psv≥Ptol,则Ptgt=Ptol*(1+Δ),若Psv<Ptol,则Ptgt=Ptol*(1-Δ),其中,Ptgt为风电场有功调控目标值,Δ的取值范围为1/20~1/10;
步骤2.2:判断步骤2.1计算的Ptgt是否满足风电场调度周期内最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Psv,若满足,则进入步骤2.3;
步骤2.3:判断步骤2.2得到的Ptgt是否满足风电场1分钟最大功率变化率的要求,若不满足,将Ptgt设置为Ptol的正负一分钟的变化量,若满足,则将步骤2.2得到的Ptgt作为风电场有功调控目标值。
3.根据权利要求2所述的风电场有功调控方法,其特征在于,所述步骤3.3中上调比例系数的计算公式为per=(Pq_tgt-Pother)/(Pq_tol-Pother),式中,per为上调比例系数。
4.根据权利要求3所述的风电场有功调控方法,其特征在于,所述步骤3.3中风机的预设值的计算公式为:Pi set=Pi rv×(per+0.13),式中,Pi set为群控风机中编号为i的风机的预设值,Pi rv为群控风机中编号为i实时有功值。
5.根据权利要求2所述的风电场有功调控方法,其特征在于,所述步骤3.4.1中优先级为1的风机的下调比例系数为per1=(Pq_tgt-Pn-…-P2)/(Pq_tol-Pn-…-P2),优先级为1的风机的预设值为P1 set=P1 rv×per1,式中,per1优先级为1的风机的下调比例系数,P2、Pn分别为优先级为2和n的风机总有功,P1 set为群控风机中优先级为1的风机的预设值,P1 rv为群控风机中优先级为1的风机实时有功值。
9.根据权利要求8所述的风电场有功调控方法,其特征在于,所述的步骤4中预定的通信协议为MODBUS协议。
10.根据权利要求9所述的风电场有功调控方法,其特征在于,根据风机的优先工作顺序将风机的优先级分为1、2、3三级。
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