CN108631362A - 一种风电场功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电场功率控制方法，包括以下步骤：S1．根据电网调度功率给定和风场实测功率计算功率偏差，判定进行升功率控制或降功率控制；S2．检测风电机组状态；S3．检测各个机组待机时间及持续限功率运行时间；S4．根据实际功率和风速实时计算限功率和待机状态机组的升功率裕度；S5．进行优先级排序；S6．降功率控制时，将机组分为三类并做预处理；S7．升功率控制时，对机组进行分类预处理；S8．根据预处理结果控制风场各台机组运行状态；S9．通过变桨PI控制器对转速进行控制。本发明可实现对风电场层功率精确控制的同时减小机组载荷，另外对单台机组采用闭环功率控制，确保单台机组的功率控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体为一种风电场功率控制方法。
背景技术
由于国内风电在经历了一个大的发展周期，特别是集中式风电场的容量越来越大，其并网容量所占比率也越来越大，其对电网动态影像也越来越不可忽视。为保证电网的稳定运行，并入电网的风场要求具有功率调节能力，且调节精度要求也越来越高。目前国内外相关文献和专利对此项要求进行了研究。例如：文献《基于机组状态分类的风电场有功功率控制策略》介绍了一种基于风力机状态的功率控制方法，根据预测功率及机组状态对风机进行分类，按不同类机组的升降功率能力进行不同的控制，将功率给定值作为唯一优化目标，而没有考虑诸如风机启停次数、风机疲劳载荷等优化目标，且没有涉及单台风机的功率控制方法。《大型风电机组限功率运行特性分析及其优化调度》介绍了一种以风场功率给定、机组启停次数、限功率均衡度为优化目标的功率控制方法，并采用遗传算法进行优化求解，与本专利的优化求解算法不同，且不涉及单台风机的功率控制方法。
专利《风电场的功率调节方法及装置CN102400855A》介绍了一种风电场的功率调节方法和调节装置，根据风电场功率需求和风电场实际功率输出，对机组进行启停机控制或进行相同的比例的限功率控制，与本专利功率控制方法不同，且不涉及单台机组的功率控制方法，与本专利无相关性。专利《风电场有功功率控制方法CN201310120161.X》根据风场功率偏差、机组停机时间、运行时间及功率增减裕度，进行启停机控制及相同功率调整率控制，与本专利功率控制方法不同，且不涉及单台机组的功率控制方法，与本专利无相关性。专利《一种风电场有功功率控制方法CN201310169740.3》介绍了一种根据风电场功率预测误差模型进行功率控制的方法，与本专利功率控制方法不同，与本专利无相关性。
与此相关的中国专利《一种基于遗传算法的风电场功率优化控制》(CN201210359170.X)公开了一种基于遗传算法的风电场功率优化控制方法。其技术方案是根据风电场实发功率和电网调度指令得到风电场功率偏差值，由此判断风电场进行升功率控制还是降功率控制。再根据运行机组的实测功率和待机机组的预测功率，利用遗传算法对风机的启停组合方案进行优化。此专利的申请人为华北电力大学。
上述专利存在以下不足和问题：1)只进行启停机组合控制，没有对单台机组进行功率控制，控制精度难以保证；2)单纯以快速逼近功率给定为优化目标，容易造成频繁的启停机或各机组运行时间严重不平衡的问题；3)遗传算法实现过程相对复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种风电场功率控制方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风电场功率控制方法，包括以下步骤：
S1.根据电网调度功率给定和风场实测功率计算功率偏差，判定进行升功率控制或降功率控制；
S2.检测风电机组状态，根据机组实际状态分为：故障状态、待机状态、正常运行状态及限功率运行状态；
S3.检测各个机组待机时间及持续限功率运行时间；
S4.根据实际功率和风速实时计算限功率和待机状态机组的升功率裕度,计算方法如式1：
其中表示升功率裕度，为实测风速对应的理论功率值，为实测功率值，下标1表示限功率状态，3表示待机状态，i表示第i台机组，故障及正常运行机组的升功率调节裕度均为0；
S5.如果当前风场需要进行功率控制，根据功率实测值、升功率调节裕度、待机时间及限功率运行时间等分别对限功率及待机状态机组进行优先级排序；
S6.如果风场需要降功率控制，根据全场机组状态进行降功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差其中为风场实测功率，为电网调度功率给定，将全场机组分为三类，第一类为正常运行且实测功率小于Pm的机组，第二类为限功率运行且限功率运行时间大于Tmax的机组，其余机组为第三类，依次对三类机组进行降功率预处理；
S7.如果风场需要升功率控制，根据全场机组状态进行升功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差 为风场实测功率，为电网调度功率给定；
S8.根据预处理结果控制风场各台机组运行状态。对于需要限功率控制的机组采用功率闭环PID控制，PID控制器的输入为预处理功率给定值和机组实测上网电量的误差，输出为机组限功率给定值；
S9.对于采用转矩PI控制和变桨PI控制的变速变桨风力发电机，如果限功率值很小时转速和转速会有明显波动，导致功率控制精度低且容易引起机组振动故障，当限功率值小于Pm时，转矩PI控制器停止作用，转矩给定由限功率值和实测转速计算得到，转速给定由Pm对应的转速、最小运行转速及限功率给定值计算得到，并通过变桨PI控制器对转速进行控制，计算功率Pm对应的转速，计算公式如式4：其中wm为对应的转速给定，kopt为最佳转矩系数，转速给定值计算公式如式5：其中wref为转速给定，Pref为限功率给定，wmin为最小运行转速，转矩给定计算公式如式6：其中Tref为转矩给定，wact为实测转速。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S5中首先对限功率状态机组进行优先级排序，机组处于限功率运行时需要增加变桨角度，会增加系统的控制难度和疲劳载荷，应该尽量使机组运行在正常发电状态，因此优先选择升功率调节裕度小的机组进行升功率控制，同时要避免某些机组长期运行在限功率状态，所以对限功率机组进行优先级排序时还有考查限功率运行时间，采用升功率裕度与限功率运行时间的比值为优先级排序依据，比值越小优先级越高，对二者进行归一化处理以后再求比值，计算公式如式2：对待机状态机组进行启机优先级排序，为了防止机组频繁启停和疲劳载荷不平衡，优先启动升功率调节裕度大且待机时间长的机组，排序指标计算公式如式3：比值越大优先级越高。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S6中对第一类机组进行预处理，这类机组功率调节范围小且功率控制精度低，因此对此类机组选择停机处理而非降功率控制。计算第一类机组的实测功率总和假设共有j台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第一类机组可全部进行停机处理，否则按机组实测功率从小到大依次判断最多有多少台机组可以进行停机处理，然后跳转到对第二类机组的预处理，假设判定有k台第一类机组可进行停机处理，则重新计算风场功率误差为
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S6中如果机组长期运行在限功率状态会增加机组疲劳载荷和磨损，因此对于第二类机组优先选择停机或解除限功率控制处理，计算第二类机组的实测功率总和假设共有n台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第二类机组可全部进行停机处理，计算跳转到对第三类机组的预处理，否则根据风场功率误差、第二类机组的升功率裕度和第三类机组的降功率裕度总和按机组优先级依次判断最多有多少台第二类机组可进行解除限功率控制处理，假设有m台第二类机组可以进行解除限功率控制处理，计算跳转到对第三类机组的预处理。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S6中根据风场功率误差和第三类机组的实测功率总和，对第三类机组进行限功率控制，每台功率下调比例为 表示第三类机组的实测功率总和。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S7中首先对限功率状态机组进行预处理，计算限功率状态机组的升功率裕度总和如果则限功率状态机组可全部解除限功率控制，计算跳转到对待机状态机组的预处理过程，否则按优先级判断最多可以多少台解除限功率控制并计算单台功率给定值。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S7中如果将限功率状态机组全部解除限功率控制不满足风场升功率要求，则对待机状态机组进行预处理，计算待机状态机组的升功率裕度总和如果则待机状态机组可全部启动，否则按优先级判断最多可以启动多少台待机机组并计算单台功率给定值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明根据风机运行状态、功率调节裕度进行功率控制，减少风机频繁启动对变桨、变流等造成的冲击和磨损。
2、本发明根据风机运行时间，优化组合各风机启停及限功率控制，避免某些机组长期运行在限功率状态。
3、本发明对单台机组进行功率闭环控制，减少输电线路损耗引起的功率控制误差。
4、本发明给出一种机组限功率运行时的转速和转矩控制方法，避免因限功率控制引起的风机振动故障等。
附图说明
图1为本发明实施框图；
图2为本发明整个降功率预处理过程示意图；
图3为本发明降功率控制时对第一类机组的降功率预处理过程示意图；
图4为本发明降功率控制时对第二类机组的降功率预处理过程示意图；
图5为本发明降功率控制时对第三类机组的降功率预处理过程示意图；
图6为本发明升功率控制时对限功率状态机组升功率预处理过程示意图；
图7为本发明升功率控制时对待机状态机组升功率预处理过程示意图；
图8为本发明功率闭环控制框图；
图9为本发明变桨PI控制器对转速进行控制的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种风电场功率控制方法，包括以下步骤：
S1.根据电网调度功率给定和风场实测功率计算功率偏差，判定进行升功率控制或降功率控制；
S2.检测风电机组状态，根据机组实际状态分为：故障状态、待机状态、正常运行状态及限功率运行状态；
S3.检测各个机组待机时间及持续限功率运行时间；
S4.根据实际功率和风速实时计算限功率和待机状态机组的升功率裕度,计算方法如式1：
其中表示升功率裕度，为实测风速对应的理论功率值，为实测功率值，下标1表示限功率状态，3表示待机状态，i表示第i台机组，故障及正常运行机组的升功率调节裕度均为0；
S5.如果当前风场需要进行功率控制，根据功率实测值、升功率调节裕度、待机时间及限功率运行时间等分别对限功率及待机状态机组进行优先级排序，首先对限功率状态机组进行优先级排序，机组处于限功率运行时需要增加变桨角度，会增加系统的控制难度和疲劳载荷，应该尽量使机组运行在正常发电状态，因此优先选择升功率调节裕度小的机组进行升功率控制，同时要避免某些机组长期运行在限功率状态，所以对限功率机组进行优先级排序时还有考查限功率运行时间，采用升功率裕度与限功率运行时间的比值为优先级排序依据，比值越小优先级越高，对二者进行归一化处理以后再求比值，计算公式如式2：对待机状态机组进行启机优先级排序，为了防止机组频繁启停和疲劳载荷不平衡，优先启动升功率调节裕度大且待机时间长的机组，排序指标计算公式如式3：比值越大优先级越高；
S6.如果风场需要降功率控制，根据全场机组状态进行降功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差其中为风场实测功率，为电网调度功率给定，将全场机组分为三类，第一类为正常运行且实测功率小于Pm的机组，第二类为限功率运行且限功率运行时间大于Tmax的机组，其余机组为第三类，依次对三类机组进行降功率预处理过程如下，对第一类机组进行预处理，这类机组功率调节范围小且功率控制精度低，因此对此类机组选择停机处理而非降功率控制，计算第一类机组的实测功率总和假设共有j台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第一类机组可全部进行停机处理，否则按机组实测功率从小到大依次判断最多有多少台机组可以进行停机处理，然后跳转到对第二类机组的预处理，假设判定有k台第一类机组可进行停机处理，则重新计算风场功率误差为如果机组长期运行在限功率状态会增加机组疲劳载荷和磨损，因此对于第二类机组优先选择停机或解除限功率控制处理，计算第二类机组的实测功率总和假设共有n台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第二类机组可全部进行停机处理，计算跳转到对第三类机组的预处理，否则根据风场功率误差、第二类机组的升功率裕度和第三类机组的降功率裕度总和按机组优先级依次判断最多有多少台第二类机组可进行解除限功率控制处理，假设有m台第二类机组可以进行解除限功率控制处理，计算跳转到对第三类机组的预处理；根据风场功率误差和第三类机组的实测功率总和，对第三类机组进行限功率控制，每台功率下调比例为 表示第三类机组的实测功率总和；
S7.如果风场需要升功率控制，根据全场机组状态进行升功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差 为风场实测功率，为电网调度功率给定；首先对限功率状态机组进行预处理，计算限功率状态机组的升功率裕度总和如果则限功率状态机组可全部解除限功率控制，计算跳转到对待机状态机组的预处理过程，否则按优先级判断最多可以多少台解除限功率控制并计算单台功率给定值；如果将限功率状态机组全部解除限功率控制不满足风场升功率要求，则对待机状态机组进行预处理，计算待机状态机组的升功率裕度总和如果则待机状态机组可全部启动，否则按优先级判断最多可以启动多少台待机机组并计算单台功率给定值；
S8.根据预处理结果控制风场各台机组运行状态，对于需要限功率控制的机组采用功率闭环PID控制，PID控制器的输入为预处理功率给定值和机组实测上网电量的误差，输出为机组限功率给定值；
S9.对于采用转矩PI控制和变桨PI控制的变速变桨风力发电机，如果限功率值很小时转速和转速会有明显波动，导致功率控制精度低且容易引起机组振动故障，当限功率值小于Pm时，转矩PI控制器停止作用，转矩给定由限功率值和实测转速计算得到，转速给定由Pm对应的转速、最小运行转速及限功率给定值计算得到，并通过变桨PI控制器对转速进行控制，计算功率Pm对应的转速，计算公式如式4：其中wm为对应的转速给定，kopt为最佳转矩系数，转速给定值计算公式如式5：其中wref为转速给定，Pref为限功率给定，wmin为最小运行转速，转矩给定计算公式如式6：其中Tref为转矩给定，wact为实测转速。
本发明可实现对风电场层功率精确控制的同时减小机组载荷，另外对单台机组采用闭环功率控制，确保单台机组的功率控制精度；对于风电场层功率控制，根据电网调度功率给定及机组运行状态，以最小启停次数、各机组载荷平衡为控制目标，给出各机组功率给定；对于单台机组，采用闭环功率控制方法，保证功率控制的精度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种舞台音响的智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据电网调度功率给定和风场实测功率计算功率偏差，判定进行升功率控制或降功率控制；
S2.检测风电机组状态，根据机组实际状态分为：故障状态、待机状态、正常运行状态及限功率运行状态；
S3.检测各个机组待机时间及持续限功率运行时间；
S4.根据实际功率和风速实时计算限功率和待机状态机组的升功率裕度,计算方法如式1：
其中表示升功率裕度，为实测风速对应的理论功率值，为实测功率值，下标1表示限功率状态，3表示待机状态，i表示第i台机组，故障及正常运行机组的升功率调节裕度均为0；
S5.如果当前风场需要进行功率控制，根据功率实测值、升功率调节裕度、待机时间及限功率运行时间等分别对限功率及待机状态机组进行优先级排序；
S6.如果风场需要降功率控制，根据全场机组状态进行降功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差其中为风场实测功率，为电网调度功率给定，将全场机组分为三类，第一类为正常运行且实测功率小于Pm的机组，第二类为限功率运行且限功率运行时间大于Tmax的机组，其余机组为第三类，依次对三类机组进行降功率预处理；
S7.如果风场需要升功率控制，根据全场机组状态进行升功率预处理，预处理过程给出各个机组的启停指令及功率给定值，计算风场功率误差 为风场实测功率，为电网调度功率给定；
S8.根据预处理结果控制风场各台机组运行状态，对于需要限功率控制的机组采用功率闭环PID控制，PID控制器的输入为预处理功率给定值和机组实测上网电量的误差，输出为机组限功率给定值；
S9.对于采用转矩PI控制和变桨PI控制的变速变桨风力发电机，如果限功率值很小时转速和转速会有明显波动，导致功率控制精度低且容易引起机组振动故障，当限功率值小于Pm时，转矩PI控制器停止作用，转矩给定由限功率值和实测转速计算得到，转速给定由Pm对应的转速、最小运行转速及限功率给定值计算得到，并通过变桨PI控制器对转速进行控制，计算功率Pm对应的转速，计算公式如式4：其中wm为对应的转速给定，kopt为最佳转矩系数，转速给定值计算公式如式5：其中wref为转速给定，Pref为限功率给定，wmin为最小运行转速，转矩给定计算公式如式6：其中Tref为转矩给定，wact为实测转速。
2.根据权利要求1所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S5中首先对限功率状态机组进行优先级排序，机组处于限功率运行时需要增加变桨角度，会增加系统的控制难度和疲劳载荷，应该尽量使机组运行在正常发电状态，因此优先选择升功率调节裕度小的机组进行升功率控制，同时要避免某些机组长期运行在限功率状态，所以对限功率机组进行优先级排序时还有考查限功率运行时间，采用升功率裕度与限功率运行时间的比值为优先级排序依据，比值越小优先级越高，对二者进行归一化处理以后再求比值，计算公式如式2：对待机状态机组进行启机优先级排序，为了防止机组频繁启停和疲劳载荷不平衡，优先启动升功率调节裕度大且待机时间长的机组，排序指标计算公式如式3：比值越大优先级越高。
3.根据权利要求1所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S6中对第一类机组进行预处理，这类机组功率调节范围小且功率控制精度低，因此对此类机组选择停机处理而非降功率控制，计算第一类机组的实测功率总和假设共有j台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第一类机组可全部进行停机处理，否则按机组实测功率从小到大依次判断最多有多少台机组可以进行停机处理，然后跳转到对第二类机组的预处理。假设判定有k台第一类机组可进行停机处理，则重新计算风场功率误差为
4.根据权利要求3所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S6中如果机组长期运行在限功率状态会增加机组疲劳载荷和磨损，因此对于第二类机组优先选择停机或解除限功率控制处理，计算第二类机组的实测功率总和假设共有n台此类机组，下标i表示第i台机组，如果则对第二类机组可全部进行停机处理，计算跳转到对第三类机组的预处理，否则根据风场功率误差、第二类机组的升功率裕度和第三类机组的降功率裕度总和按机组优先级依次判断最多有多少台第二类机组可进行解除限功率控制处理，假设有m台第二类机组可以进行解除限功率控制处理，计算跳转到对第三类机组的预处理。
5.根据权利要求4所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S6中根据风场功率误差和第三类机组的实测功率总和，对第三类机组进行限功率控制，每台功率下调比例为 表示第三类机组的实测功率总和。
6.根据权利要求1所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S7中首先对限功率状态机组进行预处理，计算限功率状态机组的升功率裕度总和如果则限功率状态机组可全部解除限功率控制，计算跳转到对待机状态机组的预处理过程，否则按优先级判断最多可以多少台解除限功率控制并计算单台功率给定值。
7.根据权利要求6所述的一种风电场功率控制方法，其特征在于：所述步骤S7中如果将限功率状态机组全部解除限功率控制不满足风场升功率要求，则对待机状态机组进行预处理，计算待机状态机组的升功率裕度总和如果则待机状态机组可全部启动，否则按优先级判断最多可以启动多少台待机机组并计算单台功率给定值。
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