CN110635522B - 一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力发电技术领域，具体公开了一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法。在满足调度对风电场出力要求的前提下，实现了风电机群的内部启/停轮换，能确保电网调度目标值增加时可通过调节并网风电机组的有功功率快速跟踪目标值，避免了因启机耗时而造成发电量损失。同时避免了电网调度指令和风速变化较快时导致机组多余的启停动作，保证机组的健康稳定运行。本方法可结合风电场有功功率控制分配策略，更好地实现风电场内有功调度，减少不必要的机组磨损、油脂消耗等，提高风电机组的使用寿命和风电场的经济效益，有效保证电力系统的稳定性。

Description

一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法。
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，风电场有功功率的随机性、波动性给电网安全运行带来的巨大挑战是不容忽视的。因此，实现风电场有功功率的可调控，是大型风电场安全并网运行的必然要求。
目前风电场有功调度中，有功功率自动控制系统主要是通过调节并网风电机组的有功功率实现，机组的启/停则大多是通过操作人员手动完成的。人为启/停风电机组具有不确定性，难以保证公平，可能会使部分机组长时间运行导致机组故障率提升，而部分机组却因停机时间过长而无法启动，并且频繁地启/停风电机组本身就会影响其稳定性和使用寿命。
因此，研究在风电场严重限电仅部分机组并网运行就能满足调度目标值时，如何科学地轮换启/停机组，减少不必要的机组磨损、油脂消耗等，对实现风电场内的经济调度具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，在满足调度对风电场出力要求的前提下，实现了风电机群的内部启/停轮换。本方法可结合风电场有功功率控制分配策略，更好地实现风电场内有功调度，提高风电机组的使用寿命和风电场的经济效益，有效保证电力系统的稳定性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，包括如下步骤；
S1、获取每台风电机组的实时基本信息数据，并根据基本信息数据判断是否存在需要强制启动的机组；
S11、若存在需要强制启动的机组，向该机组发送启机指令后跳转步骤S2；
S12、若不存在需要强制启动的机组，直接跳转步骤S2；
S2、计算正在发电和正在启动中的风电机组的理论功率之和Pt，并接收电网调度下发的风电场全场有功功率的目标值Pset，获取理论余量P1和P2，其中P1、P2均为可配置的参数，且0<P1<P2，计算出理论出力下限Pdown＝Pset+P1，理论出力上限Pup＝Pset+P2；将处于发电状态或启动状态的机组划分到一个集合Ω中；
S21、计算集合Ω中第i台机组的理论功率PΩi；
S22、计算集合Ω理论功率Pt＝∑PΩi；
S23、计算理论出力下限Pdown＝Pset+P1；
S24、计算理论出力上限Pup＝Pset+P2，跳转到步骤S3；
S3、比较风电场理论出力Pt和Pdown、Pup之间的关系，根据比较结果计算超上限时间tup或超下限时间tdown；
S31、若Pt小于Pdown，累计理论超下限时间tdown，并清零tup，跳转步骤S4；
S32、若Pt大于Pup，累计理论超上限时间tup，并清零tdown，跳转步骤S4；
S33、若Pt介于Pdown和Pup之间，将tdown和tup清零，跳转步骤S1；
S4、获取时间常数Tdown和Tup，其中Tdown和Tup均为可配置的参数，比较tdown、Tdown和tup、Tup之间的大小关系，确定一台优先级最高的机组进行启动或停机；
S41、若tdown大于Tdown，向启动优先级最高的机组发送启动指令，并清零tdown；
S42、若tup大于Tup，向停机优先级最高的机组发送停机指令，并清零tup；
S43、跳转至步骤S1。
进一步，步骤S1中，所述基本信息数据包括故障或检修状态、可调控状态、停机时长和机组零部件的临界状态，强制启动的前提条件为该机组未处于故障或检修状态和该机组处于可调控状态，需强制启动的机组分为两类：第一类为该机组停机时间过长；第二类为该机组关键零部件处于会导致无法启机的临界状态。
进一步，步骤S2中，所述P1为风场装机容量的1/10，所述P2为风场装机容量的1/5；P1和P2之间的值为死区，避免机组频繁启停。
进一步，步骤S2中，所述集合Ω根据机组的实时信息获得。
进一步，步骤S4中，(Tdown+Tup)＝(24*60min)/(N*M)，且Tdown<Tup,其中，N为风电场平均每天单台机组启停次数的最大值，M为风电场的机组台数。
进一步，步骤S4中，所述优先级由运行/停机时长确定，停机时间越长的机组其启动优先级越高，运行时间越长的机组其停机优先级越高。
由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明公开了一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法。在满足调度对风电场出力要求的前提下，实现了风电机群的内部启/停轮换，能确保电网调度目标值增加时可通过调节并网风电机组的有功功率快速跟踪目标值，避免了因启机耗时而造成发电量损失。同时避免了电网调度指令和风速变化较快时导致机组多余的启停动作，保证机组的健康稳定运行。本方法可结合风电场有功功率控制分配策略，更好地实现风电场内有功调度，减少不必要的机组磨损、油脂消耗等，提高风电机组的使用寿命和风电场的经济效益，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法的控制流程图。
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。
请参阅图1，本发明提供一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，包括如下步骤；
S1、获取每台风电机组的实时基本信息数据，并根据基本信息数据判断是否存在需要强制启动的机组；
S11、若存在需要强制启动的机组，向该机组发送启机指令后跳转步骤S2；
S12、若不存在需要强制启动的机组，直接跳转步骤S2；
S2、计算正在发电和正在启动中的风电机组的理论功率之和Pt，并接收电网调度下发的风电场全场有功功率的目标值Pset，获取理论余量P1和P2，其中P1、P2均为可配置的参数，且0<P1<P2，通过设置理论余量，在电网调度指令增加时，能够通过调节并网风电机组的有功功率使风场出力能够快速跟上调度指令，而不必等待机组启动的耗时，计算出理论出力下限Pdown＝Pset+P1，理论出力上限Pup＝Pset+P2；将处于发电状态或启动状态的机组划分到一个集合Ω中，所述集合Ω根据机组的实时信息获得；
S21、计算集合Ω中第i台机组的理论功率PΩi；
S22、计算集合Ω理论功率Pt＝∑PΩi；
S23、计算理论出力下限Pdown＝Pset+P1；
S24、计算理论出力上限Pup＝Pset+P2，跳转到步骤S3；
S3、比较风电场理论出力Pt和Pdown、Pup之间的关系，根据比较结果计算超上限时间tup或超下限时间tdown；
S31、若Pt小于Pdown，累计理论超下限时间tdown，并清零tup，跳转步骤S4；
S32、若Pt大于Pup，累计理论超上限时间tup，并清零tdown，跳转步骤S4；
S33、若Pt介于Pdown和Pup之间，将tdown和tup清零，跳转步骤S1；如果电网调度指令频繁变化会引起Pdown和Pup的频繁变化，而风电场风速的快速变化将引起Pt的波动，对tdown或tup进行累计，只有在Pt连续超下限/上限累计一定时间后才启/停机组，从而避免了机组的频繁启停。
S4、获取时间常数Tdown和Tup，其中Tdown和Tup均为可配置的参数，比较tdown、Tdown和tup、Tup之间的大小关系，确定一台优先级最高的机组进行启动或停机；
S41、若tdown大于Tdown，向启动优先级最高的机组发送启动指令，并清零tdown；
S42、若tup大于Tup，向停机优先级最高的机组发送停机指令，并清零tup；
S43、跳转至步骤S1。
作为上述实施方案的进一步改进，步骤S1中，所述基本信息数据包括故障或检修状态、可调控状态、停机时长和机组零部件的临界状态，强制启动的前提条件为该机组未处于故障或检修状态和该机组处于可调控状态，需强制启动的机组分为两类：第一类为该机组停机时间过长，是否停机时间过长根据风电场及机组的具体情况确定，在本实施例中停机时间超过24小时即为停机时间过长的机组；第二类为该机组关键零部件处于会导致无法启机的临界状态，通常为关键零部件的温度确定，该状态根据机组而异，在本实施例的风电场中机组齿轮箱油池温度低于5℃可能导致启动困难即为处于会导致无法启机的临界状态，在齿轮箱油温低于5℃的机组即为强制启动机组。
作为上述实施方案的进一步改进，步骤S2中，所述P1为风场装机容量的1/10，所述P2为风场装机容量的1/5；P1和P2之间的值为死区，避免机组频繁启停。风电场有功功率1min变化最大限值为风场装机容量的1/10，将P1设置为风场装机容量的1/10即为将理论出力下限预留1min的上升余量，同时将P2设置为风场装机容量的1/5，使P1和P2之间预留一段死区，避免机组的频繁启停。
作为上述实施方案的进一步改进，步骤S4中，根据对机组的安全性评估，考虑最极端的情况下，(Tdown+Tup)＝(24*60min)/(N*M)，且Tdown<Tup,其中，N为风电场平均每天单台机组启停次数的最大值，M为风电场的机组台数。机组的停机时间可以瞬间完成，而机组的启动需要耗时，为避免发电量的损失，应当取值Tdown<Tup，优选地，Tdown＝Tup-T启，其中T启为机组的启动时间，风速的变化幅度越大启动时间则越长。一个实施例，机组的启动时间为3分钟，则Tdown＝Tup-3,某风电场机组台数为50台，机组平均每天启停次数不超过4次，则取值Tdown为2.1分钟，Tup为5.1分钟。
作为上述实施方案的进一步改进，步骤S4中，所述优先级由运行/停机时长确定，停机时间越长的机组其启动优先级越高，运行时间越长的机组其停机优先级越高。风电机组长期停运会导致风电机组的启动困难、运行能力降低、增加维护成本，风电机组的长时间的连续运行也会提高风电机组的故障率，因此要防止风电机组的长期停运或长时间连续运行，设置停机时长越长的机组启动优先级越高、连续运行时长越长则停机优先级越高，使得在需要停机或启机时优先启动或停止优先级最高的风电机组。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (4)

1.一种基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，其特征在于：包括如下步骤；
S1、获取每台风电机组的实时基本信息数据，并根据基本信息数据判断是否存在需要强制启动的机组；
S11、若存在需要强制启动的机组，向该机组发送启机指令后跳转步骤S2；
S12、若不存在需要强制启动的机组，直接跳转步骤S2；
S2、计算正在发电和正在启动中的风电机组的理论功率之和Pt，并接收电网调度下发的风电场全场有功功率的目标值Pset，获取理论余量P1和P2，其中P1、P2均为可配置的参数，且0<P1<P2，计算出理论出力下限Pdown＝Pset+P1，理论出力上限Pup＝Pset+P2；将处于发电状态或启动状态的机组划分到一个集合Ω中；
S21、计算集合Ω中第i台机组的理论功率PΩi；
S22、计算集合Ω理论功率Pt＝∑PΩi；
S23、计算理论出力下限Pdown＝Pset+P1；
S24、计算理论出力上限Pup＝Pset+P2，跳转到步骤S3；
S3、比较风电场理论出力Pt和Pdown、Pup之间的关系，根据比较结果计算超上限时间tup或超下限时间tdown；
S31、若Pt小于Pdown，累计理论超下限时间tdown，并清零tup，跳转步骤S4；
S32、若Pt大于Pup，累计理论超上限时间tup，并清零tdown，跳转步骤S4；
S33、若Pt介于Pdown和Pup之间，将tdown和tup清零，跳转步骤S1；
S4、获取时间常数Tdown和Tup，其中Tdown和Tup均为可配置的参数，比较tdown、Tdown和tup、Tup之间的大小关系，确定一台优先级最高的机组进行启动或停机，所述优先级由运行/停机时长确定，停机时间越长的机组其启动优先级越高，运行时间越长的机组其停机优先级越高；
S41、若tdown大于Tdown，向启动优先级最高的机组发送启动指令，并清零tdown；
S42、若tup大于Tup，向停机优先级最高的机组发送停机指令，并清零tup；
S43、跳转至步骤S1；
根据对机组的安全性评估，考虑最极端的情况下，(Tdown+Tup)＝(24*60min)/(N*M)，且Tdown<Tup,其中，N为风电场平均每天单台机组启停次数的最大值，M为风电场的机组台数。
2.根据权利要求1所述的基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，其特征在于：步骤S1中，所述基本信息数据包括故障或检修状态、可调控状态、停机时长和机组零部件的临界状态，强制启动的前提条件为该机组未处于故障或检修状态和该机组处于可调控状态，需强制启动的机组分为两类：第一类为该机组停机时间过长；第二类为该机组关键零部件处于会导致无法启机的临界状态。
3.根据权利要求1所述的基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述P1为风场装机容量的1/10，所述P2为风场装机容量的1/5；P1和P2之间的值为死区，避免机组频繁启停。
4.根据权利要求1所述的基于风电场理论功率的机组自动启停机控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述集合Ω根据机组的实时信息获得。
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