CN108599275B - 一种风电场风机功率分配控制方法及装置 - Google Patents

一种风电场风机功率分配控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风电场风机功率分配控制方法及装置，该方法首先采集风电场中各可控风机当前控制周期的实际功率输出值，并求和，得到可控风机的总实际输出功率值；从并网点采集风电场当前控制周期的总实际输出功率值，并与所述可控风机的总实际输出功率值作差，得到不可测发电/用电设备的功率预测值；然后获取当前控制周期的调度指令值，并与所述不可测发电/用电设备的功率预测值作差，得到差值；将得到的差值分配给每台可控风机，得到每台可控风机的功率指令值，并下发给对应的可控风机以对可控风机进行控制。本发明控制策略简单可靠，环境适应性较高，使得风电场功率输出更加平稳。

Description

一种风电场风机功率分配控制方法及装置
技术领域
本发明属于风电场发电技术领域，具体涉及一种风电场风机功率分配控制方法及装置。
背景技术
2000年左右，国内风力发电站迅速发展，随着风电迅速发展，风电规模迅速扩大。近几年，辽宁、甘肃、新疆、青海等各省电力局要求风电场风机群参与电网功率调节，要求各风电场配备自动发电控制设备(AGC)，否则不予并网。但是，国内风电技术起步较晚，风电场自动发电控制系统技术不成熟，有些风电场的输出功率存在波动过大现象，当风速剧烈变化时，这种弊端更为严重。原因为风电场自动发电控制设备分配风机功率时，部分风机周围的风能低于风机接到的指令，无法完成自动发电控制设备下发的功率需求值；风电场自动发电控制设备不能及时跟随风电场风能分布变化调整风机功率分配；部分不可测发电/用电设备投入与退出，或者功率变化，自动发电控制设备不能及时监测并重新计算分配风机功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电场风机功率分配控制方法及装置，用以解决现有技术中的风电场中的风机由于风机风能低于风机接到的指令而导致无法完成自动发电控制设备下发的功率需求值的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种风电场风机功率分配控制方法，包括如下步骤：
采集风电场中各可控风机当前控制周期的实际功率输出值，并求和，得到可控风机的总实际输出功率值；从并网点采集风电场当前控制周期的总实际输出功率值，并与所述可控风机的总实际输出功率值作差，得到不可测发电/用电设备的功率预测值；
获取当前控制周期的调度指令值，并与所述不可测发电/用电设备的功率预测值作差，得到差值；将得到的差值分配给每台可控风机，得到每台可控风机的功率指令值，并下发给对应的可控风机以对可控风机进行控制。
本发明还提供了一种风电场风机功率分配控制装置，包括处理器，所述处理器用于执行指令实现如下方法：
采集风电场中各可控风机当前控制周期的实际功率输出值，并求和，得到可控风机的总实际输出功率值；从并网点采集风电场当前控制周期的总实际输出功率值，并与所述可控风机的总实际输出功率值作差，得到不可测发电/用电设备的功率预测值；
获取当前控制周期的调度指令值，并与所述不可测发电/用电设备的功率预测值作差，得到差值；将得到的差值分配给每台可控风机，得到每台可控风机的功率指令值，并下发给对应的可控风机以对可控风机进行控制。
本发明的有益效果：
本发明的风电场风机功率分配控制方法及装置，将下一控制周期的风电场内不可测发电/用电设备的功率值预测得到，将当前控制周期的调度指令值减去预测得到的不可测发电/用电设备的功率预测值，再将差值分配给每台可控风机，以使得风电场风机的风能能够完成自动发电控制设备下发的调度指令值，完成功率分配。本发明所采用的控制策略简单可靠，环境适应性较高，使得风电场功率输出更加平稳。
作为方法及装置的进一步改进，在得到差值之后，还包括：根据当前控制周期每台可控风机的风速值，得到下一控制周期每台可控风机的风速预测值，进而得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值；根据所述下一控制周期每台可控风机的风能预测值，将得到的差值分配给每台可控风机。
作为方法及装置的进一步改进，所述每台可控风机的功率指令值为：
Figure BDA0001679515710000021
上式中，Wcj为第j台可控风机的功率指令值，Wcc为当前控制周期的调度指令值与不可测发电/用电设备的功率预测值的差值，Ppj为第j台可控风机的风能预测值。该方法能够根据风电场风能分布的变化，结合不可测发电/用电设备投入/退出的功率变化，来自动调节各台可控风机的功率指令值，使得风电场自动发电控制设备能够及时跟随风电场风能分布变化来调整风机的功率分配。
作为方法及装置的进一步改进，为了准确获得每台可控风机的风速预测值，还包括将当前控制周期每台可控风机的风速值进行滤波的步骤，并将滤波后的结果作为下一控制周期的每台可控风机的风机预测值。
作为方法及装置的进一步改进，采用二阶巴特沃斯滤波器对当前控制周期每台可控风机的风速值进行滤波。
作为方法及装置的进一步改进，根据预测得到的下一控制周期每台可控风机的风速预测值，结合风速功率曲线，得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值。
附图说明
图1是本发明的一种风电场风机功率分配控制框图；
图2是本发明的一种风电场风机功率分配控制方法流程图；
图3是本发明的一种风电场风机功率分配控制方法原理流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种风电场风机功率分配控制装置，该装置包括处理器，该处理器用于执行指令实现本发明的一种风电场风机功率分配控制方法，下面结合图2、3，对该方法做进一步的详细说明。
首先，计算不可测发电/用电设备的功率预测值Wncp。
不可测发电/用电设备包含两类设备：不可测发电风机和电站用电设备。当风机处于发电状态但风机与发电控制系统的通信链路出现故障时，自动发电控制设备无法得到此类风机功率的直接反馈值。电站用电设备包括空调、电磁炉等，他们运行功率没有反馈给自动发电控制设备。
下一控制周期的不可测发电/用电设备的功率预测值Wncp可近似采用当前控制周期的不可测发电/用电设备的功率值。而当前控制周期的不可测发电/用电设备的功率值为当前控制周期的风电场的总实际输出功率值Wpb(也即电站总出力)与当前控制周期的可控风机的总实际输出功率值的差值，即：
Figure BDA0001679515710000031
上式中，Wj(j＝1,2,…,N)为第j台风机当前控制周期的实际功率输出值。
故可通过采集当前控制周期的风电场的总实际输出功率值Wpb和当前控制周期的各台可控风机实际功率输出值W1,W2,…,WN便可得到。
接着，计算每台可控风机的风能预测值。
采集风机机舱上面风速仪测量的历史风速并根据这些数据来预测得到下一控制周期每台可控风机的风速预测值。由于控制周期较小，例如约为1s，1s后的风速与当前的风速近似一样。为了使后续使用的风速值更加准确，采用滤波器对得到的当前控制周期的每台可控风机的风速值进行滤波处理。
对每台可控风机的风速值可采用二阶巴特沃斯滤波器对其进行滤波。二阶巴特沃斯滤波器连续型传递函数为：
Figure BDA0001679515710000041
上式中，ωc为滤波器的截止频率。取经验值1、2、3、4带入上式，并对其离散化得到滤波公式：
yn＝a0xn+a1xn-1+b1yn-1+b2yn-2
上式中，xk(k＝n-1,n-2)表示第k个控制周期测量得到的风速采样值，yk(k＝n,n-1,n-2)表示第k个控制周期得到的风速的滤波值。四个截止频率使得上式得到四组系数，即：
Figure BDA0001679515710000042
根据现场测试选择一组最合适的系数。
因风速有一定的稳定性，利用上步得到的风速滤波值作为下一控制周期的风速预测值，再结合风力发电机厂家提供的风速—功率曲线得到每台可控风机的风能预测值Pnj(j＝1,2,…,N)。
然后，计算可控风机功率总需求Wcc。
此时，可控风机功率总需求Wcc可通过调度指令值Wc与不可测发电/用电设备的功率预测值Wncp的差值得到，即：
Wcc＝Wc-Wncp
上式中，Wcc为当前控制周期的可控风机功率总需求，Wc为当前控制周期的调度指令值，Wncp为当前控制周期的不可测发电/用电设备的功率预测值。
最后，将计算得到可控风机功率总需求，结合每台可控风机的风能预测值，得到每台可控风机的功率指令值，并将该功率指令值通过电站通信网下发给每台可控风机。其中，每台可控风机的功率指令值为：
Figure BDA0001679515710000051
上式中，Wcj为第j台可控风机的功率指令值，Wcc为当前控制周期的调度指令值与不可测发电/用电设备的功率预测值的差值，Ppj为第j台可控风机的风能预测值。
为了实现上述方法，设计了如图1所示的风电场风机功率分配控制框图。在该图中，对N台风机G1,G2,…,GN进行控制。
以电力局下发的调度指令值Wc为给定值，以不可测发电用电设备的功率预测值Wncp为反馈值，并作差，得到差值Wcc＝Wc-Wncp，进行闭环控制，得到各台风机的功率指令值Wc1,Wc2,…,WcN，以对各台风机进行控制。各台风机的实际功率输出值分别为W1,W2,…,WN。
整体来看，如图3所示，该控制方法包括内、外两个循环。外循环的控制周期时间为电力局下发的调度指令值Wc的周期时间，例如，若外循环的控制周期为5分钟时，电力局每5分钟下发一次新的调度指令值Wc给风电场。内循环的控制周期为根据调度指令值Wc计算得到各台风机的功率指令值Wc1,Wc2,…,WcN并下发给各个风机的时间，内循环的控制周期较短，例如，内循环的控制周期可为1秒钟。
在当前内循环控制周期下，当前内循环控制周期下不可测发电/用电设备的功率预测值Wncp为当前内循环控制周期下风电场的总实际输出功率Wpb(也即电站总出力)与当前内循环控制周期下可控风机的总实际输出功率值的差值，而当前内循环控制周期下可控风机的总实际输出功率值为当前内循环控制周期下各台可控风机的实际功率输出值W1,W2,…,WN的和。
结合每台可控风机风速测量值的历史数据和当前值，便可预测得到下一控制周期每台可控风机的风速。为了准确获得每台可控风机的风能预测值，需要将得到的当前控制周期下每台可控风机的风速进行滤波处理，以得到下一控制周期的每台可控风机的风速预测值。再结合风力发电机厂家提供的风速—功率曲线得到每台可控风机的风能预测值Pnj(j＝1,2,…,N)。
结合得到的差值Wcc和每台可控风机的风能预测值Pnj，便可得到每台风机的功率指令值Wc1,Wc2,…,WcN。
在上述实施例中，在将当前控制周期的调度指令值与不可测发电/用电设备的功率预测值作差得到的差值进行分配时，按照每台风机的风能预测值进行分配。作为其他实施方式，还可使用现有技术中的其他分配方案，例如，将差值按照每台风机的额定功率进行分配，也可基本实现本发明的方法。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种风电场风机功率分配控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集风电场中各可控风机当前控制周期的实际功率输出值，并求和，得到可控风机的总实际输出功率值；从并网点采集风电场当前控制周期的总实际输出功率值，并与所述可控风机的总实际输出功率值作差，得到不可测发电和用电设备的功率预测值；
获取当前控制周期的调度指令值，并与所述不可测发电和用电设备的功率预测值作差，得到差值；将得到的差值分配给每台可控风机，得到每台可控风机的功率指令值，并下发给对应的可控风机以对可控风机进行控制；
在得到差值之后，还包括：根据当前控制周期每台可控风机的风速值，得到下一控制周期每台可控风机的风速预测值，进而得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值；根据所述下一控制周期每台可控风机的风能预测值，将得到的差值分配给每台可控风机；
所述每台可控风机的功率指令值为：
Figure FDA0002492299150000011
上式中，Wcj为第j台可控风机的功率指令值，Wcc为当前控制周期的调度指令值与不可测发电和用电设备的功率预测值的差值，Ppj为第j台可控风机的风能预测值。
2.根据权利要求1所述的风电场风机功率分配控制方法，其特征在于，还包括将当前控制周期每台可控风机的风速值进行滤波的步骤，并将滤波后的结果作为下一控制周期的每台可控风机的风速预测值。
3.根据权利要求2所述的风电场风机功率分配控制方法，其特征在于，采用二阶巴特沃斯滤波器对当前控制周期每台可控风机的风速值进行滤波。
4.根据权利要求1所述的风电场风机功率分配控制方法，其特征在于，根据预测得到的下一控制周期每台可控风机的风速预测值，结合风速功率曲线，得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值。
5.一种风电场风机功率分配控制装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行指令实现如下方法：
采集风电场中各可控风机当前控制周期的实际功率输出值，并求和，得到可控风机的总实际输出功率值；从并网点采集风电场当前控制周期的总实际输出功率值，并与所述可控风机的总实际输出功率值作差，得到不可测发电和用电设备的功率预测值；
获取当前控制周期的调度指令值，并与所述不可测发电和用电设备的功率预测值作差，得到差值；将得到的差值分配给每台可控风机，得到每台可控风机的功率指令值，并下发给对应的可控风机以对可控风机进行控制；
在得到差值之后，还包括：根据当前控制周期每台可控风机的风速值，得到下一控制周期每台可控风机的风速预测值，进而得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值；根据所述下一控制周期每台可控风机的风能预测值，将得到的差值分配给每台可控风机；
所述每台可控风机的功率指令值为：
Figure FDA0002492299150000021
上式中，Wcj为第j台可控风机的功率指令值，Wcc为当前控制周期的调度指令值与不可测发电和用电设备的功率预测值的差值，Ppj为第j台可控风机的风能预测值。
6.根据权利要求5所述的风电场风机功率分配控制装置，其特征在于，还包括将得到的当前控制周期每台可控风机的风速数据进行滤波的步骤，并将滤波后的结果作为下一控制周期的每台可控风机的风速预测值。
7.根据权利要求6所述的风电场风机功率分配控制装置，其特征在于，采用二阶巴特沃斯滤波器对当前控制周期每台可控风机的风速值进行滤波。
8.根据权利要求5所述的风电场风机功率分配控制装置，其特征在于，根据预测得到的下一控制周期每台可控风机的风速预测值，结合风速功率曲线，得到下一控制周期每台可控风机的风能预测值。
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