CN110783952B - 一种风电场能量管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种风电场能量管理方法，适于在计算设备中执行，其特征在于，包括以下步骤：根据风力发电机组的运行状态判断该风力发电机组为欠功率机组或可超发机组；同时统计该台风力发电机组的欠功率值或可超发功率值；计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值；计算风电场的所有可超发机组的可超发功率值；根据计算得到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，将生成的机组超发方案分配至可超发机组；在风电场风速达到满发以上风速时，在全场发电功率不超过风电场额定输出的情况下，利用正常运行机组的超发能力弥补欠发机组的发电量损失，最大化的利用全场机组的发电量能力，提高全场的发电量。

Description

一种风电场能量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风电场能量管理系统及方法。
背景技术
风力发电机组通常都具有一定的超发能力，每座集中式开发的风电场都往往具有几十至几百台风力发电机组，综合下来，全风电场具有很高的超发能力，这部分资源可以通过一定的手段开发利用。在一般情况下，当风电场风速达到机组额定发电功率以上风速时，风电场的全部风电机组以额定发电功率进行满发，全场总输出功率不超过全场额定容量，机组的超发能力无法发挥，实际上形成了风电场超发资源资产的浪费，没有最大化的发挥风电场的发电能力。在某些特殊场景，例如机组临时停机、机组所在位置风速低于全场风速、机组故障限功率、噪声控制限功率、载荷控制限功率等情况下，还会造成在满发风速条件下的全场的输出功率达不到额定功率，从而减少发电量，使风电场的经济效益降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电场能量管理系统及方法，解决了现有的风电场的发电量少，形成了风电场超发资源资产浪费的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种风电场能量管理方法，适于在计算设备中执行，其特征在于，包括以下步骤：
根据风力发电机组的运行状态判断该风力发电机组为欠功率机组或可超发机组；同时统计该台风力发电机组的欠功率值或可超发功率值；
计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值；
计算风电场的所有可超发机组的可超发功率值；
根据计算得到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，将生成的机组超发方案分配至可超发机组。
优选地，根据风力发电机组的运行状态判断该风力发电机组为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若风力发电机组由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组定义为欠功率机组；
若风力发电机组未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组定义为可超发机组。
优选地，根据计算得到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，具体的方法是：
当总欠发容量>总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，欠发容量有剩余，全场发电功率低于额定功率；
当总欠发容量<总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量有剩余，全场发电功率等于额定功率；
当总欠发容量＝总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量和欠发容量都没有剩余，全场发电功率等于额定功率。
优选地，计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值，具体地：
设定风电场设置有n台风力发电机组、第i台风力发电机组的额定功率为Pi e、第i台风力发电机组的最大发电功率为Pi max、第i台风力发电机组的超发功率为Pi c、第i台风力发电机组的实际发电功率为Pi s、第i台风力发电机组的欠发功率为Pi q；则：
第i台风力发电机组的欠发功率Pi q＝Pi e-Pi s；
全场欠功率总量
Figure GDA0003248915810000021
其中，n1是全场欠功率运行风力发电机组的总台数；
第i台风力发电机组的超发功率Pi c＝Pi max-Pi e；
全场超发功率
Figure GDA0003248915810000031
其中，n2是全场可超发运行风力发电机组的总台数。
一种风电场能量管理系统，包括单元模块和场级模块，其中，单元模块包括若干个风力发电机组，每个风力发电机组对应设置有一个机组限功率模块和一个机组超发控制模块；
场级模块包括全场限功率统计模块、全场欠功率再分配模块和全场超发容量统计模块；
若干个机组限功率模块均与全场限功率统计模块连接，全场限功率统计模块与全场欠功率再分配模块连接；若干个机组超发控制模块均与全场超发容量统计模块连接，全场超发容量统计模块与全场欠功率再分配模块连接，全场欠功率再分配模块分别与若干个机组超发控制模块连接。
优选地，机组限功率模块用于根据其对应的风力发电机组的运行状态判断该风力发电机组为欠功率机组或可超发机组，其中：
当该风力发电机组为欠功率机组时，通过机组限功率模块统计该台风力发电机组的欠功率值，并将统计得到的欠功率值上报至全场限功率统计模块；
当该风力发电机组为可超发机组时，通过机组超发控制模块评估其对应的该台风力发电机组是否具有超发容量，并统计可超发的容量值，将统计得到的欠功率值上报至全场超发容量统计模块。
优选地，机组超发控制模块用于接收全场欠功率再分配模块分配的超发负荷并控制机组进行超发。
优选地，全场限功率统计模块用于接收和统计各个机组限功率模块上报的机组欠功率数据，并上报至全场欠功率再分配模块；全场超发容量统计模块用于接收和统计各个机组超发控制模块上报的可超发的容量数据，并上报全场欠功率再分配模块。
优选地，全场欠功率再分配模块用于接收全场限功率统计模块上报的机组欠功率数据和全场超发容量统计模块上报的可超发的容量数据，并将欠发容量分配至可超发容量。
一种风电场能量管理设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种风电场能量管理方法，在风电场风速达到满发以上风速时，在全场发电功率不超过风电场额定输出的情况下，利用正常运行机组的超发能力弥补欠发机组的发电量损失，最大化的利用全场机组的发电量能力，提高全场的发电量。
本发明提供的一种风电场能量管理系统，能够动态监测风电场由于风速低、人为停机、机组故障、噪声限制、载荷限制等原因而欠功率运行的情况，统计全场的欠发功率；在风电场风速达到满发以上风速时，在全场发电功率不超过风电场额定输出的情况下，利用正常运行机组的超发能力弥补欠发机组的发电量损失，最大化的利用全场机组的发电量能力，提高全场的发电量。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的管理方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明一实施例提供的一种风电场能量管理设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行的所述计算机程序分割为单元模块1和场级模块2，其中，单元模块1包括若干个风力发电机组101，每个风力发电机组101对应设置有一个机组限功率模块102和一个机组超发控制模块103；场级模块2设置在风电场层级，包括全场限功率统计模块201、全场欠功率再分配模块202和全场超发容量统计模块203，其中，若干个机组限功率模块102均与全场限功率统计模块201连接，全场限功率统计模块201与全场欠功率再分配模块202连接；若干个机组超发控制模块103均与全场超发容量统计模块203连接，全场超发容量统计模块203与全场欠功率再分配模块202连接，全场欠功率再分配模块202分别与若干个机组超发控制模块103连接。
机组限功率模块102用于根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，其中：
当该风力发电机组101为欠功率机组时，通过机组限功率模块102统计该台风力发电机组101的欠功率值，并将统计得到的欠功率值上报至全场限功率统计模块201；
当该风力发电机组101为可超发机组时，通过机组超发控制模块103评估其对应的该台风力发电机组101是否具有超发容量，并统计可超发的容量值，将统计得到的欠功率值上报至全场超发容量统计模块203。
机组限功率模块102根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若对应的风力发电机组101由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组101定义为欠功率机组；
若对应的风力发电机组101未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组101定义为可超发机组。
全场超发容量统计模块203还用于接收全场欠功率再分配模块202分配的超发负荷并控制机组进行超发。
全场限功率统计模块201用于接收和统计各个机组限功率模块102上报的机组欠功率数据，并上报至全场欠功率再分配模块202。
全场超发容量统计模块203用于接收和统计各个机组超发控制模块上报的可超发的容量数据，并上报全场欠功率再分配模块202。
全场欠功率再分配模块202用于接收全场限功率统计模块201上报的机组欠功率数据和全场超发容量统计模块203上报的可超发的容量数据，并将欠发容量分配至可超发容量。
所述一种风电场能量管理设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述一种风电场能量管理设备设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器……
所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等……
本发明的工作过程如图2所示：
所述处理器执行所述计算机程序时实现一种风电场能量管理方法，包括以下步骤：
机组限功率模块101根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组；同时统计该台风力发电机组101的欠功率值或可超发功率值；
通过全场限功率统计模块201计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值，并上报至全场欠功率再分配模块202；
通过全场超发容量统计模块203计算风电场的所有可超发机组的可超发功率值，并上报至全场欠功率再分配模块202；
全场欠功率再分配模块202根据接收到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，将生成的机组超发方案分配至可超发机组。
被分配超发功率的机组，将以超过额定功率水平进行超发。
根据系统设定的时钟频率，全场能量管理系统实时对全场各机组状态进行刷新，确保超发方案实时调整。
其中，机组限功率模块102根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若对应的风力发电机组101由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组101定义为欠功率机组；
若对应的风力发电机组101未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组101定义为可超发机组。
其中，全场欠功率再分配模块202将欠发容量分配至可超发容量的方法具体是：
当总欠发容量>总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，欠发容量有剩余，全场发电功率低于额定功率；
当总欠发容量<总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量有剩余，全场发电功率等于额定功率；
当总欠发容量＝总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量和欠发容量都没有剩余，全场发电功率等于额定功率；
全场所有机组的实际发电负荷不能超最大允许运行值；
所有负荷进行实施监测和评估，并进行动态分配和调整。
计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值，具体地：
设定风电场设置有n台风力发电机组、第i台风力发电机组的额定功率为Pi e、第i台风力发电机组的最大发电功率为Pi max、第i台风力发电机组的超发功率为Pi c、第i台风力发电机组的实际发电功率为Pi s、第i台风力发电机组的欠发功率为Pi q；则：
第i台风力发电机组的欠发功率Pi q＝Pi e-Pi s；
全场欠功率总量
Figure GDA0003248915810000071
其中，n1是全场欠功率运行风力发电机组的总台数；
第i台风力发电机组的超发功率Pi c＝Pi max-Pi e；
全场超发功率
Figure GDA0003248915810000081
其中，n2是全场可超发运行风力发电机组的总台数。
本发明另一实施例提供的一种风电场能量管理系统，包括单元模块1和场级模块2，其中，单元模块1包括若干个风力发电机组101，每个风力发电机组101对应设置有一个机组限功率模块102和一个机组超发控制模块103；场级模块2设置在风电场层级，包括全场限功率统计模块201、全场欠功率再分配模块202和全场超发容量统计模块203，其中，若干个机组限功率模块102均与全场限功率统计模块201连接，全场限功率统计模块201与全场欠功率再分配模块202连接；若干个机组超发控制模块103均与全场超发容量统计模块203连接，全场超发容量统计模块203与全场欠功率再分配模块202连接，全场欠功率再分配模块202分别与若干个机组超发控制模块103连接。
机组限功率模块102用于根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，其中：
当该风力发电机组101为欠功率机组时，通过机组限功率模块102统计该台风力发电机组101的欠功率值，并将统计得到的欠功率值上报至全场限功率统计模块201；
当该风力发电机组101为可超发机组时，通过机组超发控制模块103评估其对应的该台风力发电机组101是否具有超发容量，并统计可超发的容量值，将统计得到的欠功率值上报至全场超发容量统计模块203。
机组限功率模块102根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若对应的风力发电机组101由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组101定义为欠功率机组；
若对应的风力发电机组101未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组101定义为可超发机组。
全场超发容量统计模块203还用于接收全场欠功率再分配模块202分配的超发负荷并控制机组进行超发。
全场限功率统计模块201用于接收和统计各个机组限功率模块102上报的机组欠功率数据，并上报至全场欠功率再分配模块202。
全场超发容量统计模块203用于接收和统计各个机组超发控制模块上报的可超发的容量数据，并上报全场欠功率再分配模块202。
全场欠功率再分配模块202用于接收全场限功率统计模块201上报的机组欠功率数据和全场超发容量统计模块203上报的可超发的容量数据，并将欠发容量分配至可超发容量。
本发明提供的一种风电场能量管理方法，包括以下步骤：
机组限功率模块101根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组；同时统计该台风力发电机组101的欠功率值或可超发功率值；
通过全场限功率统计模块201计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值，并上报至全场欠功率再分配模块202；
通过全场超发容量统计模块203计算风电场的所有可超发机组的可超发功率值，并上报至全场欠功率再分配模块202；
全场欠功率再分配模块202根据接收到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，将生成的机组超发方案分配至可超发机组。
被分配超发功率的机组，将以超过额定功率水平进行超发。
根据系统设定的时钟频率，全场能量管理系统实时对全场各机组状态进行刷新，确保超发方案实时调整。
其中，机组限功率模块102根据其对应的风力发电机组101的运行状态判断该风力发电机组101为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若对应的风力发电机组101由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组101定义为欠功率机组；
若对应的风力发电机组101未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组101定义为可超发机组。
其中，全场欠功率再分配模块202将欠发容量分配至可超发容量的方法具体是：
当总欠发容量>总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，欠发容量有剩余，全场发电功率低于额定功率；
当总欠发容量<总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量有剩余，全场发电功率等于额定功率；
当总欠发容量＝总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量和欠发容量都没有剩余，全场发电功率等于额定功率；
全场所有机组的实际发电负荷不能超最大允许运行值；
所有负荷进行实施监测和评估，并进行动态分配和调整。
计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值，具体地：
设定风电场设置有n台风力发电机组、第i台风力发电机组的额定功率为Pi e、第i台风力发电机组的最大发电功率为Pi max、第i台风力发电机组的超发功率为Pi c、第i台风力发电机组的实际发电功率为Pi s、第i台风力发电机组的欠发功率为Pi q；则：
第i台风力发电机组的欠发功率Pi q＝Pi e-Pi s；
全场欠功率总量
Figure GDA0003248915810000101
其中，n1是全场欠功率运行风力发电机组的总台数；
第i台风力发电机组的超发功率Pi c＝Pi max-Pi e；
全场超发功率
Figure GDA0003248915810000111
其中，n2是全场可超发运行风力发电机组的总台数。

Claims (7)

1.一种风电场能量管理方法，适于在计算设备中执行，其特征在于，包括以下步骤：
根据风力发电机组(101)的运行状态判断该风力发电机组(101)为欠功率机组或可超发机组；同时统计该台风力发电机组(101)的欠功率值或可超发功率值；
计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值；
计算风电场的所有可超发机组的可超发功率值；
根据计算得到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，将生成的机组超发方案分配至可超发机组；
其中，根据风力发电机组(101)的运行状态判断该风力发电机组(101)为欠功率机组或可超发机组，具体方法是：
若风力发电机组(101)由于风速低、机组故障、噪声限制或载荷限制而处于欠功率运行或人为停机时，则将该风力发电机组(101)定义为欠功率机组；
若风力发电机组(101)未停机且未进行限功率运行时，则将该风力发电机组(101)定义为可超发机组；
根据计算得到的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值生成机组超发方案，具体的方法是：
当总欠发容量>总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，欠发容量有剩余，全场发电功率低于额定功率；
当总欠发容量＜总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量有剩余，全场发电功率等于额定功率；
当总欠发容量＝总可超发容量时，利用总可超发容量补充总欠发容量，可超发容量和欠发容量都没有剩余，全场发电功率等于额定功率；
计算风电场的所有欠功率机组的欠功率值和所有可超发机组的可超发功率值，具体地：
设定风电场设置有n台风力发电机组、第i台风力发电机组的额定功率为
Figure FDA0003236921390000021
第i台风力发电机组的最大发电功率为Pi max、第i台风力发电机组的超发功率为Pi c、第i台风力发电机组的实际发电功率为Pi s、第i台风力发电机组的欠发功率为Pi q；则：
第i台风力发电机组的欠发功率Pi q＝Pi e-Pi s；
全场欠功率总量
Figure FDA0003236921390000022
其中，n1是全场欠功率运行风力发电机组的总台数；
第i台风力发电机组的超发功率Pi c＝Pi max-Pi e；
全场超发功率总量
Figure FDA0003236921390000023
其中，n2是全场可超发运行风力发电机组的总台数。
2.一种风电场能量管理系统，其特征在于，该系统能够运行权利要求1所述方法，具体包括单元模块(1)和场级模块(2)，其中，单元模块(1)包括若干个风力发电机组(101)，每个风力发电机组(101)对应设置有一个机组限功率模块(102)和一个机组超发控制模块(103)；
场级模块(2)包括全场限功率统计模块(201)、全场欠功率再分配模块(202)和全场超发容量统计模块(203)；
若干个机组限功率模块(102)均与全场限功率统计模块(201)连接，全场限功率统计模块(201)与全场欠功率再分配模块(202)连接；若干个机组超发控制模块(103)均与全场超发容量统计模块(203)连接，全场超发容量统计模块(203)与全场欠功率再分配模块(202)连接，全场欠功率再分配模块(202)分别与若干个机组超发控制模块(103)连接。
3.根据权利要求2所述的一种风电场能量管理系统，其特征在于，机组限功率模块(102)用于根据其对应的风力发电机组(101)的运行状态判断该风力发电机组(101)为欠功率机组或可超发机组，其中：
当该风力发电机组(101)为欠功率机组时，通过机组限功率模块(102)统计该台风力发电机组(101)的欠功率值，并将统计得到的欠功率值上报至全场限功率统计模块(201)；
当该风力发电机组(101)为可超发机组时，通过机组超发控制模块(103)评估其对应的该台风力发电机组(101)是否具有超发容量，并统计可超发的容量值，将统计得到的可超发的容量值上报至全场超发容量统计模块(203)。
4.根据权利要求2所述的一种风电场能量管理系统，其特征在于，机组超发控制模块(103)用于接收全场欠功率再分配模块(202)分配的超发负荷并控制机组进行超发。
5.根据权利要求2所述的一种风电场能量管理系统，其特征在于，全场限功率统计模块(201)用于接收和统计各个机组限功率模块(102)上报的机组欠功率数据，并上报至全场欠功率再分配模块(202)；全场超发容量统计模块(203)用于接收和统计各个机组超发控制模块上报的可超发的容量数据，并上报全场欠功率再分配模块(202)。
6.根据权利要求2所述的一种风电场能量管理系统，其特征在于，全场欠功率再分配模块(202)用于接收全场限功率统计模块(201)上报的机组欠功率数据和全场超发容量统计模块(203)上报的可超发的容量数据，并将欠发容量分配至可超发容量。
7.一种风电场能量管理设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述方法的步骤。
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