CN109412210B - 一种风电机组有功功率精细化调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于风电调控技术领域，具体涉及一种风电机组有功功率精细化调节方法。本专利的有益效果是：本发明通过将有功功率分配分为粗调和细调两个环节，以实现有功功率的精细化调节，在提高风电场有功功率调节快速响应和控制精准的同时，考虑风电场有功功率控制余差的影响，从而能使有功功率调度形成一个闭环，如此有效的降低了风电机组有功功率的调节频次和调节幅度，可快速、准确的调控风电场有功功率，提高风电机组的使用寿命，保证风电机组的健康运行，实现精细化调度，从而进一步提高风电场接入后的电能质量，有效保证电力系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于风电调控技术领域，具体涉及一种风电机组有功功率精细化调节方法。
背景技术
作为主要的清洁能源利用形式之一，近年来风力发电得到了快速的发展，随着风电机组装机容量的逐步增大，其所占电网比重也逐步扩大。随着电网发电中风力发电所占比例逐渐增加，风电场有功功率的波动性给电网安全运行带来的巨大挑战是不容忽视的。就发展趋势来看，为了保证风电场可靠稳定运行，并将风电场纳入电网调度体系，实现风电场有功功率控制，是大型风电场安全并网运行的发展需求。
随着风电场有功控制技术的提高，风电场并网容量及电网阻尼特性将得到很大的改善，风电场主动参与电网调节的能力将增强，风电场的可调度性与可控性也将得到提高，这也必将促使风电场运行方式逐步常规电厂化，进而改善含有大型风电场电网的电力系统的运行方式、发电计划及安全稳定性。
但是对于有功功率调度指令的响应能力，风电场各风电机组由于自身运行状态的不同，其发电能力和功率目标指令完成能力各有不同。具体而言就是风电机组有功功率控制存在明显的控制余差，导致风电场的功率控制偏差较大，特别在风速预测误差较大时候。同时，如何降低风电机组有功功率调节频次、幅度，提高风电机组的使用寿命也是风电场调度研究的发展方向。
因此，为实现风电场对调度指令的快速而准确的响应，提高风电机组的使用寿命，进行风电场有功功率精细化调度方法的研究非常必要，具有重要意义。
专利号CN102518560 B，“一种风电场有功功率调节方法”专利，主要是通过控制风电场中风机的桨距角来限制每台风机的有功功率，从而实现整个风电场的限负荷；有功功率调节分为初次粗调和二次微调两个层次，使功率调节行程一个闭环，有效减少输入与输出的误差比例。局限性在于，利用机组的转速目标值及转速与桨距角的对应关系计算得到的桨距角对机组的功率进行调节，前提必须是风场的风向必须垂直射入时，即风向较为准确，功率调节精准性才高，但对于3D风场风向偏差较大，湍流强度较大，该方法则调度误差较大，因此该方法较适用于平原风场。
专利号CN108336768 A，“一种风电场有功功率优化控制方法”专利，其解决风电场有功功率优化控制的问题，主要根据风电机组预测值判断该风电机组的发电能力，并按一定的顺序排列，形成具有优先顺序的群控机组差额排列。其次，在差额序列中设置调节死区，从而避免风电机组的频繁微调，降低了风机损耗。局限性在于机组发电能力预测的准确性，反而会影响有功功率调度。同时，文中所述基于一定的顺序排列，因为排列顺序的时刻变化反而会让机组频繁调节，影响机组的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种风电机组有功功率精细化调节方法，能够快速、准确以及有效地对风电场有功功率进行调节，从而在提高风电场有功功率调度快速响应和精准调度的同时，保证风电机组的健康运行，进一步提高风电场接入后电网的电能质量，有效保证电力系统的稳定性。
本专利解决上述技术问题的技术方案如下：一种风电机组有功功率精细化调节方法，具体包括以下步骤：
(1)接收电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值；
(2)测量并网点全场实际有功功率；
(3)进行有功功率预调整，判断电网调度指令下发的风电场全场有功功率目标值与全场实际有功功率的有功控制余差是否大于控制死区；若是，进入步骤(4)，进行粗调；否则，进入步骤(5)，进行细调；
(4)粗调：确定风电场全场参与调度可调节的风电机组，基于可调比例分配方法，确定各台风电机组的有功功率设定值，并下发风电机组有功设定功率；
(5)细调：据步骤(3)在线估计的全场功率控制余差的大小判断风电机组进入升功率或降功率序列，并结合风电机组的能力大小，下发有功设定功率；
(6)根据粗调和细调有功功率控制策略计算的风电机组有功功率设定值，向风电机组下发有功设定值，进行二次优化调度，形成闭环控制，从而实现精细化调控。
进一步地，所述步骤(5)中的升功率序列具体为：以风电机组有功设定功率和实际有功功率的差值来判断风电机组是否有能力进行再次调节，再参考风电机组应发功率大小与实际有功功率的差值按照一定权重比例进行调节，计算出风电机组有功功率设定值。
进一步地，所述步骤(5)中的降功率序列具体为：确定风电场参与调度可调节的风电机组，按照风电机组实际功率从大到小的顺序进行排列，单个周期只需调整前N个可调风电机组，对于其他可调风电机组则保持设定值不变，直至达到目标功率。
进一步地，所述N的取值是根据风电机组的运行情况得到的，比如风电机组处于正常发电、风电机组允许电网调度等状态则处于可调节的风电机组。
进一步地，所述步骤(1)中获得电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值可通过两种途径：一是通过网络通讯接口自动获取，二是手动输入全场有功功率目标值。
进一步地，所述步骤(2)中测量并网点全场实际有功功率可通过两种途径：一是通过升压站出口，二是通过风电机组出口。
本专利的有益效果是：本发明通过将有功功率分配分为粗调和细调两个环节，以实现有功功率的精细化调节，在提高风电场有功功率调节快速响应和控制精准的同时，考虑风电场有功功率控制余差的影响，从而能使有功功率调度形成一个闭环，如此有效的降低了风电机组有功功率的调节频次和调节幅度，可快速、准确的调控风电场有功功率，提高风电机组的使用寿命，保证风电机组的健康运行，实现精细化调度，从而进一步提高风电场接入后的电能质量，有效保证电力系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明具体实施例所述的一种风电机组有功功率精细化调节方法的系统框图；
图2为本发明具体实施例所述的一种风电机组有功功率精细化调节方法的算法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明所提供的一种风电机组有功功率精细化调节方法的控制系统框图，包括以下模块：接收电网有功调度指令、有功功率预调整模块、风电场实际有功功率、功率分配模块。接收电网有调度指令是获取风电场有功功率目标值。风电场实际有功功率是对风电场监控系统的风电机组运行数据进行汇总。有功功率预调整模块作用主要是判断全场有功功率目标值与全场实际有功功率的差值是否超过控制死区，若超出死区，则进入粗调环节；若未超出死区，则进入细调环节，有功调整量为全场有功功率目标值与全场实际有功功率的差值。功率分配模块作用是按照本发明的风电场有功功率控制算法来进行各风电机组的功率分配，并下发风电机组有功功率设定值。
如图2所示，本发明所提供的一种风电机组有功功率精细化调节方法的控制算法流程图，具体步骤如下：
(1)接收电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值，记为Pset，获得该电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值可通过多种途径，一是通过网络通讯接口自动获取，二是手动输入全场有功功率目标值；
(2)测量并网点全场实际有功功率，记为PWF，获得并网点全场实际有功功率可通过升压站出口或风电机组出口得到；
(3)进行有功功率预调整，在线估计电网调度指令下发的有功功率目标值与全场实际有功功率计算差值的绝对值|ΔP|，当全场有功控制余差|ΔP|大于有功功率控制死区P0(有功功率控制死区P0的设定根据风电场装机容量的大小进行设定)，进入功率分配模块粗调(深度调节)环节，否则进入功率分配模块细调(浅度调节)环节。
此步骤根据在线估计全场有功控制余差的大小将有功功率分配分为粗调和细调，这样做的目的主要是为了在风电机组有功调节的过程中可以降低风电机组的调节频次和幅度，从而提高风电机组的使用寿命，保证风电机组的安全稳定健康运行。
(4)粗调：确定全场参与调度可调节的风电机组，基于可调比例分配方法，确定各台风电机组的有功功率设定值，并下发风电机组有功设定功率。
此步骤首先需确定全场参与调度可调节的风电机组，其次，计算风电场参与调度可调节机组要达到的目标功率ΔPALT：
ΔPALT＝全场有功功率目标值Pset-不可调风电机组实际功率
最后，对可调风电机组根据应发功率(应发功率根据动态功率曲线计算取得)按比例进行分配，确定各台风电机组的有功功率设定值，并下发有功设定功率。
(5)细调：根据步骤(3)在线估计的全场功率控制余差的大小判断风电机组进入升功率或降功率序列，结合风电机组的能力大小，下发有功设定功率，进行二次优化调度，形成闭环控制，从而实现精细化调控。
此步骤是考虑风电场有功功率目标值基本无变化或有功功率目标值与全场实际有功功率差值较小时，进行细调(浅度调节)；根据粗调(深度调节)的分配结果，在线估计全场功率的控制余差，根据控制余差的大小，|ΔP|为正值时，进入升功率序列，反之，当|ΔP|为负值时进入降功率序列。
升功率控制策略：以风电机组有功设定功率和实际有功功率的差值来判断风电机组是否有能力进行再次调节(有功设定功率和实际有功功率的差值越小的，表示风电机组能力越强)，再参考风电机组应发功率大小与实际有功功率的差值按照一定权重比例进行调节，计算出风电机组有功功率设定值。
降功率控制策略：确定风电场参与调度可调节的风电机组，按照风电机组实际功率从大到小的顺序进行排列，单个周期只需调整前N(此处N的取值是根据风电机组的运行情况得到的，比如风电机组处于正常发电、风电机组允许电网调度等状态则为可调节的风电机组，如风电机组处于不允许电网调度、样板机等则为不可调机组。)台可调风电机组，对于其他可调风电机组则保持设定值不变，直至达到目标功率。此步骤中单个周期只调整前N台风电机组，而非调整全部可调风电机组，主要是为了避免调整全场可调风电机组可能会导致功率超调，因此降功率时只考虑部分风电机组，降低风电机组的调节频次，保证风电机组的稳定运行，提高有功功率调节的精度。
(6)根据粗调和细调有功功率控制策略计算的风电机组有功功率设定值，向风电机组下发有功设定值。
以上步骤都是在一个调度周期内实施，当进入下一个调度周期，则重新优化调度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种风电机组有功功率精细化调节方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)接收电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值；
(2)测量并网点全场实际有功功率；
(3)进行有功功率预调整，判断电网调度指令下发的风电场全场有功功率目标值与全场实际有功功率的有功控制余差是否大于控制死区；若是，进入步骤(4)，进行粗调；否则，进入步骤(5)，进行细调；
(4)粗调：确定风电场全场参与调度可调节的风电机组，基于可调比例分配方法，确定各台风电机组的有功功率设定值，并下发风电机组有功设定功率；
(5)细调：据步骤(3)在线估计的全场功率控制余差的大小判断风电机组进入升功率或降功率序列，并结合风电机组的能力大小，下发有功设定功率；
(6)根据粗调和细调有功功率控制策略计算的风电机组有功功率设定值，向风电机组下发有功设定值，进行二次优化调度，形成闭环控制，从而实现精细化调控；
所述步骤(5)中的升功率序列具体为：以风电机组有功设定功率和实际有功功率的差值来判断风电机组是否有能力进行再次调节，再参考风电机组应发功率大小与实际有功功率的差值按照一定权重比例进行调节，计算出风电机组有功功率设定值；
所述步骤(5)中的降功率序列具体为：确定风电场参与调度可调节的风电机组，按照风电机组实际功率从大到小的顺序进行排列，单个周期只需调整前N台可调风电机组，对于其他可调风电机组则保持设定值不变，直至达到目标功率，所述N的取值是根据风电机组的运行情况得到的，所述根据风电机组的运行情况得到N的取值的情况包括：风电机组处于正常发电的状态或风电机组允许电网调度的状态。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组有功功率精细化调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中获得电网调度指令给出的风电场全场有功功率目标值可通过两种途径：一是通过网络通讯接口自动获取，二是手动输入全场有功功率目标值。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组有功功率精细化调节方法，其特征在于：所述步骤(2)中测量并网点全场实际有功功率可通过两种途径：一是通过升压站出口，二是通过风电机组出口。
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