CN108631365B - 风电场功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种风电场功率控制方法及系统，属于风力发电控制技术领域。该风电场功率控制方法用于控制风电机组的输出功率，包括：识别处于最大可发功率状态的所述风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的所述风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的所述风机作为第三风机集合；控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至所述总发功率达到功率限定值。本发明的控制方法可根据风电场中风机所处状态进行控制，可以提高风电场功率的调节速度。

Description

风电场功率控制方法及系统

技术领域

本发明属于风力发电控制技术领域，具体而言，涉及一种风电场功率控制方法及风电场功率控制系统。

背景技术

风电作为一种可再生清洁能源受到世界各国的广泛重视，近年来我国风力发电产业也发展迅速。但是，由于自然风速的间歇性和随机性，风电场并网时功率波动性较强，对电网稳定性的影响也日益明显。为此，风电场接入标准中明确要求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。这就要求风电场内各风电机组具有有功功率调节能力，能够良好响应风电场功率控制系统分配的功率指令。同时，对风电场功率控制系统来说，合理优化地将电网调度指令分配给场内各风电机组，也是提高风电场功率响应能力的必要保证。

现有技术中，风电场功率控制系统对风电机组内各风机的功率输出状态不明确，无法对风电机组进行有效控制，导致风电机组内风机停机、启机过程太长或电网功率限定值与风电机组实际提供的功率值相差太大，从而影响风电场功率的调节速度。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高风电场功率调节速度的风电场功率控制方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供一种风电场功率控制方法，用于控制风电机组的输出功率，所述风电机组包括多个风机，所述控制方法包括：

识别处于最大可发功率状态的所述风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的所述风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的所述风机作为第三风机集合；

控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至所述风电机组的总发功率达到功率限定值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

在所述总发功率小于所述功率限定值时，增大所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率；

在所述总发功率大于所述功率限定值时，减小所述第一风机集合中至少一台所述风机。

在本公开的一种示例性实施例中，所述增大所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

根据发电量由小到大依次增大所述第三风机集合中风机的输出功率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述减小所述第一风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

根据发电量由大到小依次减小所述第一风机集合中风机的输出功率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率还包括：

在所述总发功率仍小于所述功率限定值时，开启所述第二风机集合中至少一台所述风机；

在所述总发功率仍大于所述功率限定值时，关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机。

在本公开的一种示例性实施例中，所述开启所述第二风机集合中至少一台所述风机包括：

根据发电量由小到大依次开启所述第二风机集合中的风机。

在本公开的一种示例性实施例中，所述关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机包括：

根据发电量由大到小依次关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中的风机。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

计算需要处于最大可发功率状态的风机的数量和需要处于限发状态的风机的数量；

根据计算结果，控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率。

在本公开的一种示例性实施例中，计算公式为：

需要的受控风机的数量＝(功率限定值+后备功率)/受控风机可发功率平均值；

需要处于最大可发功率状态的风机的数量＝(风电场可发功率-功率限定值)/受控风机可发功率平均值；

需要处于限发状态的风机的数量＝需要的受控风机的数量-需要处于最大可发功率状态的风机的数量；

其中，所述后备功率为所述总发功率和所述风电机组的总可发功率的差值。

根据本公开的一个方面，提供一种风电场功率控制系统，用于控制风电机组的输出功率，所述风电机组包括多个风机，所述控制系统包括：

识别模块，用于识别处于最大可发功率状态的所述风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的所述风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的所述风机作为第三风机集合；

控制模块，用于控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至所述风电机组的总发功率达到功率限定值。

本发明提出的风电场功率控制方法及系统能够识别风电机组内各风机的功率输出状态，对风电机组进行有效控制，可以避免由于风电机组内风机停机、启机过程太长导致的功率调节速度太慢或网功率限定值与风电机组实际提供的功率值相差太大，从而提高风电场功率的调节速度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例风电场功率控制方法的流程图。

图2为本发明实施例风电场功率控制方法的控制流程图。

图3为本发明实施例风电场功率控制系统的方框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、系统、模块、单元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

如图1所示，图1为本发明实施例风电场功率控制方法的流程图。该风电场功率控制方法主要包括如下步骤：

S11、识别处于最大可发功率状态的风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的风机作为第三风机集合；

S12、控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至总发功率达到功率限定值。

风电场功率控制可分为有功控制和无功控制两种控制方式。根据调度部门调度的总有功限定值和总无功限定值，结合风电机组当前状态的功率输出值进行控制。本发明以根据调度部门调度的总有功限定值对风电场进行有功控制为例进行说明。

步骤S11、识别处于最大可发功率状态的风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的风机作为第三风机集合，可以包括如下步骤：

S101、根据风电机组中各风机所处的状态进行分类，风电机组中的风机可以分为如下四类：

“0”-非受控停机：风电场中有两种风机不可控：风机禁用有功控制功能；风机因故障或其他原因不在发电状态(非系统控制停机)。

“1”-受控自由发电，即处于最大可发功率状态的风机：风机不受有功控制，以最大能力发电，有两种情况：

机组未收到有功控制指令；

控制系统令机组进入到模式“1”。

“2”-受控停机，即处于停机状态的风机：风机受控制系统有功控制脱网停机。

“3”-受控发电，即处于限发状态的风机：风机受控制系统有功控制。

S102、将S101中处于“1”，即最大可发功率状态的风机作为第一风机集合；将S101中处于“2”，即停机状态的风机作为第二风机集合；将S101中处于“3”，即限发状态的风机作为第三风机集合。

在一实施例中，步骤S12中控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率可以包括：

在风电机组的总发功率小于电网有功功率限定值时，增大第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，使第三风机集合中的风机处于最大可发功率状态。若此时第三风机集合中所有风机的状态为“1”，即自由发电不受控时，总发功率仍小于电网有功功率限定值，则开启第二风机集合中至少一台所述风机。

进一步地，可根据发电量由小到大依次增大所述第三风机集合中风机的输出功率。可根据发电量由小到大依次开启所述第二风机集合中的风机。本实施例先对第三集合中的风机进行调节，然后对第二风机集合中的风机进行调节，这样可减少启机次数，从而提高总功率的调节速度。根据发电量的大小对第三风机集合或第二风机集合中的风机进行排序，先增大或开启发电量小的风机，这样能使各风机的发电量达到平衡。

在风电机组的总发功率大于电网有功功率限定值时，减小第一风机集合中至少一台所述风机的输出功率，使第一风机集合中的风机处于限发状态。若此时第一风机集合中的所有风机的状态为“3”，即受控发电时，总发功率仍大于电网有功功率限定值，则关停第一风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机。

进一步地，可根据发电量由大到小依次减小第一风机集合中风机的输出功率。可根据发电量由大到小依次关停第一风机集合和第三风机集合中的风机。本实施例先对第一集合中的风机进行调节，然后对第一风机集合和第三风机集合中的风机进行调节，这样可减少停机次数，从而提高总功率的调节速度。根据发电量的大小对第一风机集合或第一风机集合和第三风机集合中的风机进行排序，先减小或关停发电量大的风机，这样能使各风机的发电量达到平衡。

更进一步地，可计算每台风机的权重，风机的权重是指风机在风电场总功率中的占比。对于发电量越小的风机，权重值越大；对于发电量越大的风机，权重值越小。在受控风电机组中，对于权重值越大的风机，优先启机；对于权重值越小的风机，优先停机。如此，发电量小的风机则低功率发电，发电量越大的风机则越容易受限。这样能够保持全场发电量尽量处于平衡。

通过上述实施例的步骤S12进行控制调节后，受控风电机组可为如下状态：

a、当电网有功功率限定值>当前风电场总发功率时，所有风机状态为“1”，即自由发电不受控。

b、当电网有功功率限定值<当前风电场总发功率，且差值不大时 (这个差值与风电场风机数量有关，风机越多差值越小，一般取经验值 10％左右)，所有风机的状态为“1”和“3”，即以部分风机自由发电和部分风机受控发电的配合方式。

c、当电网有功功率限定值<当前风电场总发功率时，且超过b中的差值时，所有风机的状态为“3”，即受控发电。

d、当电网有功功率限定值<<当前风电场总发功率时，所有风机的状态为“2”和“3”，即以部分机组受控发电和部分机组受控停机的配合方式。

在另一实施例中，步骤S12中控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率可以包括如下步骤：

S201、计算需要处于最大可发功率状态的风机的数量和需要处于限发状态的风机的数量；

S202、根据计算结果，控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率。

在步骤S201中，计算需要的受控风机的数量时可引入后备功率。后备功率为风电场当前受控风电机组的实际总发电功率和总可发功率之间的差值。

在电网有功功率限定值<当前风电场可发功率时，需保证后备发电能力即后备功率在一定范围内，以便随时利用这部分功率，达到快速调节风电场总发功率的目的。后备功率可以根据经验进行设定。

需要的受控风机的数量＝(电网有功功率限定值+后备功率)/实际受控风电机组可发功率平均值。

计算需要状态“1”(受控自由发电)和需要状态“3”(受控发电) 风机的数量：

需要状态“1”风机的数量＝(当前风电场可发功率-电网有功功率限定值)/实际受控风电机组可发功率平均值；

需要状态“3”风机的数量＝需要的受控风机的数量-需要状态“1”风机的数量。

在步骤S202中，计算出需要状态“1”和需要状态“3”风机的数量后，与实际处于状态“1”和状态“3”风机的数量进行比较。当处于状态“1”风机的实际数量小于需要数量时，将状态“3”变为状态“1”，直至状态“1”风机的数量为需要数量。此时，若处于状态“3”风机的实际数量小于需要数量时，在处于状态“2”的风机中找出权重值最大的风机启机，将其由状态“2”变为状态“3”，直至状态“3”风机的数量为需要数量；若处于状态“3”风机的实际数量大于需要数量时，在处于状态“3”的风机中找出权重值最小的风机停机，将其由状态“3”变为状态“2”，直至状态“3”风机的数量为需要数量。当处于状态“1”风机的实际数量大于需要数量时，将状态“1”变为状态“3”，直至状态“1”风机的数量为需要数量。此时，若处于状态“3”风机的实际数量小于需要数量时，在处于状态“2”的风机中找出权重值最大的风机启机，将其由状态“2”变为状态“3”，直至状态“3”风机的数量为需要数量；若处于状态“3”风机的实际数量大于需要数量时，在处于状态“3”的风机中找出权重值最小的风机停机，将其由状态“3”变为状态“2”，直至状态“3”风机的数量为需要数量。该实施例的风电场控制方法能够对风电场中所有风机进行精确控制，从而均衡各风机的输出功率。该实施例风电场的控制流程图如图2所示。

由于无功控制采用功率因数模式，计算每台受控风机的实际有功功率在风电场中所有受控风机的总有功功率的比例，然后将风电场总无功限定值按这个比例分配给单台风机，以保证每台风机的功率因数值平衡，即可实现无功控制。

如图3所示，本发明实施例还提供一种风电场功率控制系统。该风电场功率控制系统主要包括识别模块21和控制模块22。识别模块21 用于识别处于最大可发功率状态的风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的风机作为第三风机集合。控制模块22用于控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至总发功率达到功率限定值。

进一步地，控制模块22可以包括比较单元221和第一处理单元 222。比较单元221用于比较风电机组的总发功率与功率限定值的大小。第一处理单元222用于根据比较结果控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至总发功率达到功率限定值。

进一步地，第一处理单元222用于在总发功率小于功率限定值时，增大第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率；在总发功率大于功率限定值时，减小第一风机集合中至少一台所述风机。

进一步地，第一处理单元222用于在总发功率仍小于功率限定值时，开启第二风机集合中至少一台所述风机；在总发功率仍大于功率限定值时，关停第一风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机。

进一步地，控制模块22还可以包括计算单元223和第二处理单元 224。计算单元223用于计算需要处于最大可发功率状态的风机的数量和需要处于限发状态的风机的数量。第二处理单元224用于根据计算结果，控制第一风机集合，第二风机集合和第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至总发功率达到功率限定值。

本发明的风电场功率控制系统实施例，可以用于执行本发明上述的风电场功率控制方法。由于本发明的示例实施例的电场功率控制系统的各个功能模块与上述电场功率控制方法的示例实施例的步骤对应，因此对于本发明电场功率控制系统实施例中未披露的细节，请参照本发明上述的电场功率控制方法的实施例。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施例，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD- ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种风电场功率控制方法，用于控制风电机组的输出功率，所述风电机组包括多个风机，其特征在于，所述控制方法包括：

识别处于最大可发功率状态的所述风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的所述风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的所述风机作为第三风机集合；

控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至所述风电机组的总发功率达到功率限定值，

其中，控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

计算需要处于最大可发功率状态的风机的数量和需要处于限发状态的风机的数量；

根据计算结果，控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率；

计算公式为：

需要的受控风机的数量＝(功率限定值+后备功率)/受控风机可发功率平均值；

需要处于最大可发功率状态的风机的数量＝(风电场可发功率-功率限定值)/受控风机可发功率平均值；

需要处于限发状态的风机的数量＝需要的受控风机的数量-需要处于最大可发功率状态的风机的数量；

其中，所述后备功率为所述总发功率和所述风电机组的总可发功率的差值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

在所述总发功率小于所述功率限定值时，增大所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率；

在所述总发功率大于所述功率限定值时，减小所述第一风机集合中至少一台所述风机。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述增大所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

根据发电量由小到大依次增大所述第三风机集合中风机的输出功率。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述减小所述第一风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

根据发电量由大到小依次减小所述第一风机集合中风机的输出功率。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率还包括：

在所述总发功率仍小于所述功率限定值时，开启所述第二风机集合中至少一台所述风机；

在所述总发功率仍大于所述功率限定值时，关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述开启所述第二风机集合中至少一台所述风机包括：

根据发电量由小到大依次开启所述第二风机集合中的风机。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机包括：

根据发电量由大到小依次关停所述第一风机集合和所述第三风机集合中的风机。

8.一种风电场功率控制系统，用于控制风电机组的输出功率，所述风电机组包括多个风机，其特征在于，所述控制系统包括：

识别模块，用于识别处于最大可发功率状态的所述风机作为第一风机集合，识别处于停机状态的所述风机作为第二风机集合，识别处于限发状态的所述风机作为第三风机集合；

控制模块，用于控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率，直至所述风电机组的总发功率达到功率限定值，

其中，控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率包括：

计算需要处于最大可发功率状态的风机的数量和需要处于限发状态的风机的数量；

根据计算结果，控制所述第一风机集合，所述第二风机集合和所述第三风机集合中至少一台所述风机的输出功率；

计算公式为：

需要的受控风机的数量＝(功率限定值+后备功率)/受控风机可发功率平均值；

需要处于最大可发功率状态的风机的数量＝(风电场可发功率-功率限定值)/受控风机可发功率平均值；

需要处于限发状态的风机的数量＝需要的受控风机的数量-需要处于最大可发功率状态的风机的数量；

其中，所述后备功率为所述总发功率和所述风电机组的总可发功率的差值。

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