CN110148973B - 一种基于风速预测的风电机组调频控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风速预测的风电机组调频控制方法、装置及系统，包括获取未来设定时间段内风电机组的风速‑时间预测曲线；基于所述风速‑时间预测曲线，得到所述风电机组的功率‑时间预测曲线；根据所述功率‑时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。本发明通过预测风电机组未来一段时间的有功出力能力并发送至现有的风电机组控制系统，由风电机组控制系统基于调频备用容量需求，进行调频控制，以确保当电网需要有功增发支撑时，也能提供出相应的有功出力，维持电网的频率稳定性。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种基于风速预测的风电机组调频控制方法、装置及系统。
背景技术
随着风力发电在中国的大规模开发利用，局部地区无论是装机容量还是发电量都达到了很高的水平。在常规的电力系统中，系统频率的动态特性与发电机转动惯量及系统调频控制有关，而风能源具有间歇性和不可控性，风电机组大多经电力电子逆变器接入电网，风力机转速与电网频率之间不存在直接耦合关系，不能体现常规电力系统固有的惯性和调频特性，对电力系统安全稳定运行提出了新的挑战。目前一些专家学者提出通过采用适当的控制算法使风电机组从外特性上模拟或部分模拟出同步发电机的频率控制特性，在新能源高渗透率、大规模接入电网的情况下，可以有效抑制新能源出力波动对系统的影响，提升电网及新能源发电的安全稳定性，实现间歇性新能源的友好并网。然而，调频需要向电网注入增量有功，风能的间歇和不可控性导致风机无法准确预留合理的备用调频容量，也无法配合给电网提供准确的调频能力信息，严重制约了系统调频的能力和效率，还会造成不必要的风能浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于风速预测的风电机组调频控制方法、装置及系统，通过将风力预测和调频控制相结合，实现调频容量的准确备用和优化分配。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，包括：
获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线；
根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。
优选地，所述获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线：
获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；
基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：
测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；
基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；
利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；
基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，具体为：
利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；
或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式P＝ρAV3Cp/2，折算得到功率-时间预测曲线，其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数。
优选地，所述根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制，具体包括以下步骤：
利用所述功率-时间预测曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出。
优选地，所述将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量，具体为：
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元；
将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量。
第二方面，本发明提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，包括：
获取单元，用于获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
功率-时间预测曲线计算单元，用于基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线；
调频控制单元，用于根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。
优选地，所述获取单元包括：
风速和风向信息获取单元，用于获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；
计算单元，用于基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：
测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；
基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；
利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；
基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速-时间预测曲线得到功率-时间预测曲线，具体为：
利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；
或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式P＝ρAV3Cp/2，折算得到功率-时间预测曲线，其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数。
优选地，所述调频控制单元包括：
稳态功率给定指令值计算单元，用于利用功率-时间曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
有功输出偏差增量计算单元，用于获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
有功输出惯性增量单元，用于将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
风电机组的有功输出单元，用于将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出。
优选地，所述将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量，具体为：
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元；
将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量。
第三方面，本发明提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行第一方面中任一项所述的步骤。
第四方面，本发明提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，包括：测风装置和风电机组控制装置；
所述测风装置获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息，并发送至风电机组控制装置；
所述风电机组控制装置基于获得的信息，计算出未来设定时间段内风电机组的风速- 时间预测曲线，并基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，最后根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出的基于风速预测的风电机组调频控制方法、装置及系统，通过预测风电机组未来一段时间的有功出力能力并发送至现有的风电机组控制系统，由风电机组控制系统基于调频备用容量需求，进行调频控制，以确保当电网需要有功增发支撑时，也能提供出相应的有功出力，维持电网的频率稳定性。
进一步地，本发明以原风电机组控制系统为基础，附加了基于雷达测风的功率预测和调频备用容量控制，配合基于下垂控制及虚拟惯性控制的调频环节，实现风电机组对电网的调频支撑；同时精准的备用减小了风力资源浪费，并预测调频能力，便于电网整体协调调频资源。
附图说明
图1为本发明一种实施例的基于风速预测的风电机组调频控制方法的方法流程示意图。
图2为图1中下垂控制单元的控制示意图；
图3为图1中虚拟惯性控制单元的控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，其设计思想是依托风电机组现有控制系统，通过增加雷达测风装置对风电机组前方设定距离(比如200米) 内的风速分布进行测量，从而计算得出风电机组未来一段时间的有功出力能力，并反馈给上级调频调度系统，在此基础上对风电机组进行调频控制，以确保当电网需要有功增发支撑时，也能提供出相应的有功出力，维持电网的频率稳定性。
具体的，如图1所示，所述基于风速预测的风电机组调频控制方法包括以下步骤：
步骤(1)获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
所述的风电机组前方设定范围以及相邻测风点之间的距离由实际情况决定，即根据实际情去设定，本发明对此不做具体的限定；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(1)中的获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线，具体为：获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；基于所述风速和风向信息，计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
利用安装在风电机组顶部的激光雷达测风装置去测量风电机组前方0～200米内风速变化情况，相邻检测点(即测风点)之间的间隔为20米，应用多普勒效应测量各个检测点的风速和风向信息，所述利用多普勒效应测量各个检测点的风速和风向信息为现有技术，因此，本发明中不做过多的赘述；
分别将各检测点的风速和风向信息折算成未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，进而获得风速-时间预测曲线；所述的设定时间段由实际情况来决定，本发明中不做具体的限定；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，可以将所述设定时间段设置为0～10s；基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。具体地，所述风电机组叶轮处的正向风速可以基于前面获得的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角，并利用三角函数关系得到，各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速可以得到风电机组叶轮处风速达到该检测点风速大小所需的时间，从而依靠各检测点可以得到风速- 时间预测曲线；
步骤(2)基于所述风速-时间预测曲线，获得所述风电机组的功率-时间预测曲线，所述功率-时间预测曲线用于表征未来设定时间段内风电机组的可发功率；
在本发明的一种具体实施例中，所述步骤(2)具体为：利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式P＝ρAV3Cp/2，折算得到功率-时间预测曲线，其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数。
将所述风速-时间预测曲线折算成未来0～10s风机可发功率，得到功率-时间预测曲线；其中，风速到功率的折算可以用风机厂家实测的本款风机产品的风速-功率曲线，也可用业界常用公式P＝ρAV3Cp/2。其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数。
步骤(3)根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(3)具体为：利用所述功率-时间预测曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出。
具体地，将所述功率-时间预测曲线通讯上传给风电场调频系统，同时通讯获取风电场调频系统下发的本风电机组调频备用容量需求值P备用；在无优化控制策略的情况下，通常会设置P备用＝6％P额定，本发明实施例中，由于本发明已经实现了预知未来10s的风机出力能力，风电场调频系统可以附加优化算法策略，更合理和高效的配置备用容量分配；同时风电场调频系统还可以与区域电网的其他调频容量配合，实现总体的经济最优或性能最优；
基于所述功率-时间预测曲线中获取当前可发功率，并减去所述调频备用容量P备用得到稳态功率给定指令值Pref，所述的“稳态功率给定指令”是为了区别于发生频率事件时的功率给定指令；
获取风电场调频系统下发的目标频率设定值fref以及基于本风电机组测量得到当前电网频率fmeas；
将风电场调频系统下发的目标频率设定值fref与当前电网频率fmeas的频率差输入下垂控制单元得到有功输出偏差增量Pd，例如频率每降低0.1Hz，有功输出增量增加1％，具体参见图2；
将所述当前电网频率fmeas输入惯性控制单元，将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量Pi，具体参见图3；
将稳态功率给定指令Pref、有功输出偏差增量Pd和有功输出惯性增量Pi共同输入风电机组原有的有功功率控制环节，由风电机组实现有功输出的控制。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，包括：
获取单元，获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
功率-时间预测曲线计算单元，用于基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线；
调频控制单元，用于根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。
优选地，所述获取单元包括：
风速和风向信息获取单元，用于获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；
计算单元，用于基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：
测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；
基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；
利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；
基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。
优选地，所述基于所述风速-时间预测曲线得到功率-时间预测曲线，具体为：
利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；
或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式P＝ρAV3Cp/2，折算得到功率-时间预测曲线，其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数。
所述调频控制单元包括：
稳态功率给定指令值计算单元，用于利用功率-时间曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
有功输出偏差增量计算单元，用于获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
有功输出惯性增量单元，用于将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
风电机组的有功输出单元，用于将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例中任一项所述的步骤。
其余部分均与实施例1相同。
实施例4
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例提供了一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，包括：测风装置和风电机组控制装置；
所述测风装置获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息，并发送至风电机组控制装置；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述测风装置的具体工作过程为：利用安装在风电机组顶部的激光雷达测风装置去测量风电机组前方0～200米内风速变化情况，相邻检测点(即测风点)之间的间隔为20米，应用多普勒效应测量各个检测点的风速和风向信息，所述利用多普勒效应测量各个检测点的风速和风向信息为现有技术，因此，本发明中不做过多的赘述；
所述风电机组控制装置基于获得的信息，计算出未来设定时间段内风电机组的风速- 时间预测曲线，并基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，最后根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述风电机组控制装置基于获得的信息，计算出未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线，并基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，最后根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制，具体包括以下步骤：
分别将各检测点的风速和风向信息折算成未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，进而获得风速-时间预测曲线；所述的设定时间段由实际情况来决定，本发明中不做具体的限定；
将所述风速-时间预测曲线折算成未来0～10s风机可发功率，得到功率-时间预测曲线；其中，风速到功率的折算可以用风机厂家实测的本款风机产品的风速-功率曲线，也可用业界常用公式P＝ρAV3Cp/2。其中，P表示功率，ρ表示空气密度，A表示扫风面积，V表示风速，Cp表示风能利用系数；
将所述功率-时间预测曲线通讯上传给风电场调频系统，同时通讯获取风电场调频系统下发的本风电机组调频备用容量需求值P备用；在无优化控制策略的情况下，通常会设置P 备用＝6％P额定，本发明实施例中，由于本发明已经实现了预知未来10s的风机出力能力，风电场调频系统可以附加优化算法策略，更合理和高效的配置备用容量分配；同时风电场调频系统还可以与区域电网的其他调频容量配合，实现总体的经济最优或性能最优；
基于所述功率-时间预测曲线中获取当前可发功率，并减去所述调频备用容量P备用得到稳态功率给定指令值Pref，所述的“稳态功率给定指令”是为了区别于发生频率事件时的功率给定指令；
获取风电场调频系统下发的目标频率设定值fref以及基于本风电机组测量得到当前电网频率fmeas；
将风电场调频系统下发的目标频率设定值fref与当前电网频率fmeas的频率差输入下垂控制单元得到有功输出偏差增量Pd，例如频率每降低0.1Hz，有功输出增量增加1％，具体参见图2；
将所述当前电网频率fmeas输入惯性控制单元，将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量Pi，具体参见图3；
将稳态功率给定指令Pref、有功输出偏差增量Pd和有功输出惯性增量Pi共同输入风电机组原有的有功功率控制环节，由风电机组实现有功输出的控制。
其余部分均与实施例1相同。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，其特征在于，包括：
获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线；
根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制；
所述根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制，具体包括以下步骤：
利用所述功率-时间预测曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出；
所述将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量，具体为：
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元；
将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量。
2.根据权利要求1所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，其特征在于：所述获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线，具体为：
获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；
基于所述风速和风向信息，计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
3.根据权利要求2所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，其特征在于：所述基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：
测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；
基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；
利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；
基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。
4.根据权利要求1所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制方法，其特征在于：所述基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，具体为：
利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；
或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式
，折算得到功率-时间预测曲线，其中，
表示功率，
表示空气密度，
表示扫风面积，
表示风速，
表示风能利用系数。
5.一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线；
功率-时间预测曲线计算单元，用于基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线；
调频控制单元，用于根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制；
所述调频控制单元包括：
稳态功率给定指令值计算单元，用于利用功率-时间预测曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
有功输出偏差增量计算单元，用于获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
有功输出惯性增量单元，用于将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
风电机组的有功输出单元，用于将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出；
所述将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量，具体为：
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元；
将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量。
6.根据权利要求5所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，其特征在于：所述获取单元包括：
风速和风向信息获取单元，用于获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息；
计算单元，用于基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线。
7.根据权利要求6所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，其特征在于：所述基于所述风速和风向信息计算出未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速，得到风速-时间预测曲线，具体为：
测量各测点处的风速和风向与风电机组叶轮方向的夹角；
基于所述风速、风向和夹角，利用三角函数关系得到未来设定时间段内风电机组叶轮处的正向风速；
利用各检测点到风电机组的距离除以所述风电机组叶轮处的正向风速得到对应的时间；
基于所述正向风速和与之对应的时间，获得风速-时间预测曲线。
8.根据权利要求5所述的一种基于风速预测的风电机组调频控制装置，其特征在于：所述基于所述风速-时间预测曲线得到功率-时间预测曲线，具体为：
利用风电机组的风速-功率曲线和风速-时间预测曲线折算得到功率-时间预测曲线；
或者基于所述风速-时间预测曲线以及功率计算公式
，折算得到功率-时间预测曲线，其中，
表示功率，
表示空气密度，
表示扫风面积，
表示风速，
表示风能利用系数。
9.一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1~4中任一项所述的基于风速预测的风电机组调频控制方法。
10.一种基于风速预测的风电机组调频控制系统，其特征在于，包括：测风装置和风电机组控制装置；
所述测风装置获取风电机组前方设定范围内各检测点的风速和风向信息，并发送至风电机组控制装置；
所述风电机组控制装置基于获得的信息，计算出未来设定时间段内风电机组的风速-时间预测曲线，并基于所述风速-时间预测曲线，得到所述风电机组的功率-时间预测曲线，最后根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制；
所述根据所述功率-时间预测曲线，按照调频备用容量需求，进行调频控制，具体包括以下步骤：
利用所述功率-时间预测曲线上当前可发功率减去调频备用容量得到稳态功率给定指令值；
获取目标频率设定值，将其与风电机组测得的当前电网频率值的频率差输入到下垂控制单元得到有功输出偏差增量；
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量；
将所述稳态功率给定指令值、有功输出偏差增量和有功输出惯性增量共同输入风电机组的有功功率控制单元，实现控制风电机组的有功输出；
所述将所述当前电网频率值输入惯性控制单元得到有功输出惯性增量，具体为：
将所述当前电网频率值输入惯性控制单元；
将虚拟转动惯量与当前电网频率的变化率相乘，并乘以系数4π2得到有功输出惯性增量。
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| CN110148973A CN110148973A (zh) | 2019-08-20 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108521142A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-11 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种风电机组一次调频协调控制方法 |
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| 变速变桨距风电机组减载调频综合控制策略研究;严干贵等;《东北电力大学学报》;20181015(第05期);全文 * |
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