CN109672224B - 一种风电场有功功率控制方法及系统 - Google Patents

一种风电场有功功率控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场有功功率控制方法及系统，方法包括：当风电场的全场总指令功率大于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差和有功总潜力计算升功系数，并根据升功系数和机组的有功潜力计算机组的升功量，以升功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正。本发明具有针对具体的限功情况选择升功率和降功率的分配策略，有效的提高了有功功率的控制精度和稳定性，保证风电场的运行效率和发电效率等优点。

Description

一种风电场有功功率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及风电场功率控制技术领域，尤其涉及一种风电场有功功率控制方法及系统。
背景技术
目前受我国风电集中开发、电网建设滞后及电力系统结构的限制，风电场有功功率受限已经是普遍现象。由于风力发电能力大小主要取决于风资源大小，单台风电机组和全场风电机组出力具有很大的波动性，对风电的控制难度较大。一方面需要把握风电变化趋势及其一定范围内的波动特性，另一方面需要折中考虑风电控制的响应速度。目前绝大部分风电场尚未实现有功功率的自动控制，运行人员靠人工切出风电机组来满足调度端的要求，导致部分风电机组频繁启停机。不能紧跟调度机构下发的限值指令，导致风电场运行效率较低。
虽然国内外对风电场的控制策略进行了一定的研究，并且有的风电机组厂商推出了风电场的有功功率控制系统，但现有的控制策略均以风电场并网点当前的有功值与控制目标的差值来直到风电场的有功功率控制，在分配过程中采取平均分配的方式或比例控制，未能充分平衡考虑风电场各风电机组间发电的空间差异以及控制周期内风电机组有功输出的波动性。因此，势必造成发电空间的浪费，影响风电场的发电效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可根据风电机组当前功率和状态对其进行分类，并针对具体的限功情况选择升功率和降功率的分配策略，有效的提高了有功功率的控制精度和稳定性，保证风电场的运行效率和发电效率的风电场有功功率控制方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种风电场有功功率控制方法，当风电场的全场总指令功率大于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差和有功总潜力计算升功系数，并根据所述升功系数和机组的有功潜力计算机组的升功量，以所述升功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正；
所述第一总功率为所述风电场内全部机组的实际有功功率的总和；所述功率总偏差为所述全场总指令功率与所述第一总功率之间的偏差；所述预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组；所述有功总潜力为风电场中预设类别的全部机组的有功潜力的总和。
进一步地，机组的所述有功潜力通过机组的实际有功功率和理论最大功率计算确定；所述理论最大功率为通过机组的功率曲线表计算得到的在零度桨距角下的有功功率。
进一步地，当所述有功总潜力为零时，修正所述升功系数为零。
进一步地，当所述功率总偏差大于所述有功总潜力时，修正所述升功系数为1。
进一步地，对修正升功系数为0或修正升功系数为1时，进行控制指令的二次修正，其具体步骤包括：以待分配功率和所述预设类别的机组的数量的比值为二次升功量，以所述二次升功量修正所述控制指令的功率；所述待分配功率为所述功率总偏差与已分配的升功量的差值。
进一步地，所述基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率。
一种风电场有功功率控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器加载有可实现如上任一项所述控制方法的程序，所述处理器用于执行所述程序。
一种风电场有功功率控制方法，当风电场的全场总指令功率小于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差与实际有功总功率计算降功系数，并根据所述降功系数和机组的实际有功功率计算机组的降功量，以所述降功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正；
所述第一总功率为所述风电场内全部机组的实际有功功率的总和；所述实际有功总功率为属于预设类别的各机组的实际有功功率的总和；所述功率总偏差为所述全场总指令功率与所述第一总功率之间的偏差；所述预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组。
进一步地，当所述实际有功总功率为零时，退出。
进一步地，当所述功率总偏差的绝对值大于所述实际有功总功率时，退出。
进一步地，对修正超限的机组，进行控制指令的二次修正，其具体步骤包括：将修正超限的机组的控制指令的功率修正为机组的下限功率，对于非修正超限的各机组，以超限总功率和指令总功率计算二次修正系数，并根据所述二次修正系数和机组指令功率计算二次降功量，以所述二次降功量修正所述机组的控制指令的功率；
所述修正超限为机组的控制指令的功率小于机组的下限功率；
所述超限总功率为全部修正超限的机组的下限功率与控制指令的功率之间的差值的总和；
所述指令总功率为非修正超限的机组的控制指令的功率的总和。
进一步地，所述基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率。
一种风电场有功功率控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器加载有可实现如上任一项所述控制方法的程序，所述处理器用于执行所述程序。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明相比较现有的风电场指令平均分配和单一的指令比例分配策略，针对升功率和降功率采用了不同的控制策略，升功率采用基于桨距角的有功潜力比例分配方式，降功率采用基于有功功率的比例分配方式，使得有功功率波动范围降低到±0.5MW以内，具有较好的控制精度。
2、本发明具有计算量小，参与计算条件简单，控制效果好的优点。
附图说明
图1为本发明具体实施例流程示意图。
图2为本发明具体实施例。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一：如图1所示，本实施例的风电场有功功率控制方法，当风电场的全场总指令功率大于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差和有功总潜力计算升功系数，并根据升功系数和机组的有功潜力计算机组的升功量，以升功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正；第一总功率为风电场内全部机组的实际有功功率的总和；功率总偏差为全场总指令功率与第一总功率之间的偏差；预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组；有功总潜力为风电场中预设类别的全部机组的有功潜力的总和。
具体地，根据风电机组(机组)的运行情况和有功功率控制的条件，将风电场中参与功率控制风机进行分类：将参与功率控制且在控制指令周期发电的风电机组作为一类确定出来，即预设类别，记为C类。在通过控制指令对机组进行时，获得风电场的全场总指令功率PI。本实施例中，全场总指令功率PI是由风电场的控制目标而直接给出。并且，计算获取风电场的第一总功率P，第一总功率为风电场内全部机组的实际有功功率的总和，
Figure BDA0001436294390000031
其中，P为第一总功率，pj为风电场中第j台机组的实际有功功率，N为风电场中全部机组的总数。由于全场总指令功率PI与第一总功率P之间不一定完全相同，即可能存在功率总偏差ΔPI，
Figure BDA0001436294390000032
由于机组的实际有功功率pj与机组能够发挥的理论最大功率不一定相等，因此，机组仍然具备一定的有功潜力pej，pej＝p0j-pj，其中，pej为风电场中第j台机组的有功潜力，p0j为风电场中第j台机组的理论最大功率，pj为风电场中第j台机组的实际有功功率。本实施例中，理论最大功率为通过机组的功率曲线表计算得到的在零度桨距角下的有功功率。功率曲线表为根据风电场的风资源特性，通过GH Bladed软件生成风电机组在不同桨距角和风速下的动态功率曲线特性的二维表，桨距角间隔2度一列，风速间隔0.5m/s一行；通过线性插值等计算方法计算机组在零度桨距角θ0下的有功能力，即理论最大功率p0j。
在本实施例中，以风电场中的属于C类的全部机组的有功潜力pej的总和为有功总潜力
Figure BDA0001436294390000041
其中，Pe为有功总潜力，n为风电场中的属于C类的全部机组的数量，pej为风电场中第j台机组的有功潜力。由于C类机组为在指令周期内发电的机组，因此，本实施例中以计算C类机组的有功潜力的总和为有功总潜力。
在本实施例中，当PI>P，即功率总偏差ΔPI大于零时，对C类机组的控制指令进行升功修正。计算C类机组的升功系数
Figure BDA0001436294390000042
其中，fe为C类机组的升功系数，ΔPI为功率总偏差，Pe为有功总潜力。则可计算得到C类中各机组的升功量为升功系数与机组的有功潜力的乘积，即puj＝fe×pej，puj为C类中第j台机组的升功量，fe为C类机组的升功系数，pej为C类中第j台机组的有功潜力。
特别的，当有功总潜力Pe＝0时，则表示当前风电机组没有潜力再多发功率，因此修正机组的升功系数为fe＝0，即修正升功量puj＝0，；当功率总偏差大于有功总潜力时，即ΔPI>Pe，修正升功系数为fe＝1，即修正升功量puj＝pej。
在本实施例中，对修正升功系数为0或修正升功系数为1时，进行控制指令的二次修正，其具体步骤包括：以待分配功率和预设类别的机组的数量的比值为二次升功量，以二次升功量修正控制指令的功率；待分配功率为功率总偏差与已分配的升功量的差值。当将升功系数修正为0时，并没有将有功总潜力分配到C类中的各机组，有功总潜力等于待分配功率，即待分配功率ΔPI1＝ΔPI，ΔPI1为待分配功率。当将升功系数修正为1时，说明仍有部分有功总潜力没有分配到C类中的各机组，则有待分配功率ΔPI1＝ΔPI-Pe。针对这两种情况，需要进行二次修正，将待分配功率平均分配到C类中的各机组，即
Figure BDA0001436294390000043
puj为C类中第j台机组的升功量。通过上述步骤，即可确定对C类机组进行控制的最终升功量。
在本实施例中，通过以升功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正的方式对控制指令进行修正。基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率。在通过控制指令对风电场中的机组进行功率控制前，各机组处于非受控状态，为了保证在控制时不会使得机组的功率发生突变，因此，在本实施例中，以机组的实际有功功率作为控制指令的基础指令功率，即如pij＝pj+puj，其中，pij为C类中第j台机组的指令功率。而在通过控制指令对机组进行持续的控制时，为了减少获取机组的实际功率的次数，以机组的上一轮控制指令的指令功率为基础指令功率，对机组的控制指令进行修正，即如pij＝p(T-1)j+puj，其中，pij为C类中第j台机组的指令功率，p(T-1)j为C类中第j台机组上一轮控制指令的指令功率。
本实施例的风电场有功功率控制系统，包括处理器和存储器，存储器加载有可实现如上所述控制方法的程序，处理器用于执行程序。
实施例二：如图1所示，本实施例的风电场有功功率控制方法，当风电场的全场总指令功率小于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差与实际有功总功率计算降功系数，并根据降功系数和机组的实际有功功率计算机组的降功量，以降功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正；第一总功率为风电场内全部机组的实际有功功率的总和；实际有功总功率为属于预设类别的各机组的实际有功功率的总和；功率总偏差为全场总指令功率与第一总功率之间的偏差；预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组。
具体地，根据风电机组(机组)的运行情况和有功功率控制的条件，将风电场的风机进行分类，将参与功率控制且在控制指令周期发电的风电机组作为一类确定出来，即预设类别，记为C类。在通过控制指令对机组进行时，获得风电场的全场总指令功率PI。本实施例中，全场总指令功率PI是由风电场的控制目标而直接给出。并且，计算获取风电场的第一总功率P，第一总功率为风电场内全部机组的实际有功功率的总和，
Figure BDA0001436294390000051
其中，P为第一总功率，pj为风电场中第j台机组的实际有功功率，N为风电场中全部机组的总数。由于全场总指令功率PI与第一总功率P之间不一定完全相同，即可能存在功率总偏差ΔPI，
Figure BDA0001436294390000052
风电场中C类机组的实际有功总功率PC为C类中全部机组的实际有功功率的总和，即
Figure BDA0001436294390000053
pj为风电场中第j台机组的实际有功功率，n为C类中全部机组的数量。
在本实施例中，当PI<P，即功率总偏差ΔPI小于零时，对C类机组的控制指令进行降功修正。计算C类机组的降功系数
Figure BDA0001436294390000061
其中，fp为C类机组的降功系数，ΔPI为功率总偏差，PC为实际有功总功率。则可计算得到C类中各机组的降功量为降功系数与机组的实际有功功率乘积，即pdj＝fp×pj，pdj为C类中第j台机组的降功量，fp为C类机组的降功系数，pj为C类中第j台机组的实际有功功率。
在本实施例中，当实际有功总功率为零时，退出。当功率总偏差的绝对值大于实际有功总功率时，退出。特别的，当实际有功总功率PC＝0时，则表示当前C类风电机组的功率为0KW，此时无法再对机组进行降功，此时退出功率分配。当功率总偏差的绝对值大于实际有功总功率时，即|ΔPI|>PC时，fp<-1，表示当前需要对机组进行降功的量大于机组可降功的能力，因此退出功率分配。
在本实施例中，计算确定C类中各机组的降功量后，通过以降功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正的方式对控制指令进行修正。基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率。在通过控制指令对风电场中的机组进行功率控制前，各机组处于非受控状态，为了保证在控制时不会使得机组的功率发生突变，因此，在本实施例中，以机组的实际有功功率作为控制指令的基础指令功率，即如pij＝pj+pdj，其中，pij为C类中第j台机组的指令功率。而在通过控制指令对机组进行持续的控制时，为了减少获取机组的实际功率的次数，以机组的上一轮控制指令的指令功率为基础指令功率，对机组的控制指令进行修正，即如pij＝p(T-1)j+pdj，其中，pij为C类中第j台机组的指令功率，p(T-1)j为C类中第j台机组上一轮控制指令的指令功率。
在本实施例中，如图2所示，特别地，当按上述方法对C类机组的指令功率降功后，可能存在计算得到的指令功率小于机组的下限功率的情况，即修正超限。因此，对于修正超限的机组，需要进行二次修正，其具体步骤包括：将修正超限的机组的控制指令的功率修正为机组的下限功率，对于非修正超限的各机组，以超限总功率和指令总功率计算二次修正系数，并根据二次修正系数和机组指令功率计算二次降功量，以二次降功量修正机组的控制指令的功率；修正超限为机组的控制指令的功率小于机组的下限功率；超限总功率为全部修正超限的机组的下限功率与控制指令的功率之间的差值的总和；指令总功率为非修正超限的机组的控制指令的功率的总和。具体的，设机组的下限功率为plimit，当前一次修正得到的指令功率pij<plimit时，修正使得该机组的指令功率，使得pij＝plimit，该机组的超限功率Δpij＝plimit-pij。对C类中的全部修正超限的机组进行修正，并计算其超限总功率
Figure BDA0001436294390000071
ΔPI2为超限总功率，S为修正超限的机组的数量。计算C类中的全部非修正超限的机组指令总功率
Figure BDA0001436294390000072
m为C类中的全部非修正超限的机组的数量。则可计算二次修正系数
Figure BDA0001436294390000073
并计算C类中的非修正超限的机组的二次降功量p2dj＝f2×pij，以二次降功量再次对非修正超限的机组进行修正pij＝pij-f2×pij。在二次修正完后，再次判断C类中的各机组是否仍然存在修正超限的情况，如有，则需要再次按照上述二次修正方法进行修正，直到C类中的各机组均没有修正超限。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种风电场有功功率控制方法，其特征在于：当风电场的全场总指令功率大于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差和有功总潜力相除计算升功系数，并将所述升功系数和机组的有功潜力相乘计算机组的升功量，以所述升功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正，当所述有功总潜力为零时，修正所述升功系数为零，当所述功率总偏差大于所述有功总潜力时，修正所述升功系数为1，所述基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率；
所述第一总功率为所述风电场内全部机组的实际有功功率的总和；所述功率总偏差为所述全场总指令功率与所述第一总功率之间的偏差；所述预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组；所述有功总潜力为风电场中预设类别的全部机组的有功潜力的总和。
2.根据权利要求1所述的风电场有功功率控制方法，其特征在于：机组的所述有功潜力通过机组的实际有功功率和理论最大功率计算确定；所述理论最大功率为通过机组的功率曲线表计算得到的在零度桨距角下的有功功率。
3.根据权利要求1所述的风电场有功功率控制方法，其特征在于：对修正升功系数为0或修正升功系数为1时，进行控制指令的二次修正，其具体步骤包括：以待分配功率和所述预设类别的机组的数量的比值为二次升功量，以所述二次升功量修正所述控制指令的功率；所述待分配功率为所述功率总偏差与已分配的升功量的差值。
4.一种风电场有功功率控制系统，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器加载有可实现如权利要求1至3任一项所述控制方法的程序，所述处理器用于执行所述程序。
5.一种风电场有功功率控制方法，其特征在于：当风电场的全场总指令功率小于第一总功率时，修正属于预设类别的各机组的控制指令，具体修正步骤包括：对于属于预设类别的各机组，以功率总偏差与实际有功总功率相除计算降功系数，并将所述降功系数和机组的实际有功功率相乘计算机组的降功量，以所述降功量对机组控制指令的基础指令功率进行修正，当所述实际有功总功率为零时，退出，当所述功率总偏差的绝对值大于所述实际有功总功率时，退出，所述基础指令功率为机组的实际有功功率或机组上一轮控制指令的指令功率；
所述第一总功率为所述风电场内全部机组的实际有功功率的总和；所述实际有功总功率为属于预设类别的各机组的实际有功功率的总和；所述功率总偏差为所述全场总指令功率与所述第一总功率之间的偏差；所述预设类别的机组为参与功率控制且在指令周期内发电的风电机组。
6.根据权利要求5所述的风电场有功功率控制方法，其特征在于：对修正超限的机组，进行控制指令的二次修正，其具体步骤包括：将修正超限的机组的控制指令的功率修正为机组的下限功率，对于非修正超限的各机组，以超限总功率和指令总功率计算二次修正系数，并根据所述二次修正系数和机组指令功率计算二次降功量，以所述二次降功量修正所述机组的控制指令的功率；
所述修正超限为机组的控制指令的功率小于机组的下限功率；
所述超限总功率为全部修正超限的机组的下限功率与控制指令的功率之间的差值的总和；
所述指令总功率为非修正超限的机组的控制指令的功率的总和。
7.一种风电场有功功率控制系统，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器加载有可实现如权利要求5至6任一项所述控制方法的程序，所述处理器用于执行所述程序。
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