CN111884249A - 一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法及系统，利用风机各自的响应特性，同时不区分风机品牌，只根据风机的响应特性统一调度，使得风电场能够快速、稳定、平滑地响应调度功率变化，更好地完成功率控制过程，减少风电场被考核的情况。

Description

一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体为一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法及系统。
背景技术
发展初期的风电机组大多数只能进行启停控制，功率变化不连续，控制精度低；伴随变桨等技术的提升，出现了功率可在一定范围内连续控制的线性风电机组。现有场站控制技术大都是针对同一种风电机组进行有功功率控制，控制对象全为只能进行启停控制的风机或者全为能进行功率连续调节的线性风机。
现有技术实现方案一般首先接收调度的有功控制指令；然后在这个基础上加上基于对整个风电场工作情况判断的补偿量；其次计算各个风机实际发电能力，并以此为据一般按比例将控制指令进行分配；接着将这些指令发送给各个风机。具体流程见图1。
现有很多风电场不同阶段使用的风机可能不是同一种类，造成可能一个风电场同时包含启停风机、线性风机、启停风机群组、线性风机群组等的情况。现在的混合型风电场的不同类型的风机有着不同的响应特性，现有技术多是针对同一种风机进行控制，需要多个控制系统协调甚至是手动输入指令等方式，没有针对多类型风机进行优化控制，如果依然使用现有技术去控制混合型的风电场，可能会存在风电场响应调度指令不及时、风电场功率波动大等问题。导致电网不稳定，发电厂损失发电量，经济上被考核等后果。
发明内容
发明目的：为区分出被控风机的不同类型以及针对不同类型风机的特性，在指令分配逻辑上进行优化，本发明提出了一种针对多类型风机场景下风电场功率控制方法及系统。
技术方案：本发明的一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法，包括以下步骤：
步骤1：判断当前调度有功功率控制指令值P0是否满足设定下限<(PCC-P0)/P0<设定上限，其中，PCC为当前风电场并网点实时有功功率，若满足，则结束控制，否则进入步骤2；
步骤2：对当前调度有功功率控制指令值P0进行补偿，补偿后的调度有功功率控制指令值P0作为整个风电场的功率目标值Pt；
步骤3：根据待控制风机组内的各个风机的实时风速和各风机对应的风功率曲线，得到各个风机的理论发电功率；
步骤4：根据当前风电场并网点实时有功功率、风机当前状态、理论发电功率和待控制风机组的类别，将功率目标值Pt分配给待控制风机组内的线性风机/线性风机群组或者将启停指令分配给启停风机。
进一步的，所述待控制风机组的类别包括只有启停风机的风机组、只有线性风机/线性风机群组的风机组、启停风机和线性风机混合存在的风机组。
进一步的，在步骤4中，若待控制风机组为只有启停风机的风机组，则根据功率目标值Pt和各台风机的理论发电功率，计算需要启动/停止的风机数量后，对各风机下发启停指令；
若待控制风机组为只有线性风机/线性风机群组的风机组，则判断功率目标值Pt是否包括在可控风机总的理论发电功率范围内，所述总的理论发电功率为所有可控风机的理论发电功率之和；
若包括，则按照下式计算得到线性风机的设定功率，并将风机设定功率下发至各线性风机：
风机设定功率＝风机的理论发电功率*目标功率Pt/可控风机总的理论发电功率 (1)
若不包括，则假设将所有并网线性风机/群组的功率降至最低或升至最大，此时所有线性机组总功率为P1，计算P2＝|Pt-P1|，得到还需要降低或升高的功率，若需要降低，则计算需要停机几台才能满P2，并给相应的线性风机下最小理论发电功率指令；若需要升高，则计算需要启动未并网风机几台，他们的最大理论发电功率才能满足P2，并给相应的线性风机下最大理论发电功率指令；
若待控制风机组为启停风机和线性风机混合存在的风机组，则：
若功率目标值Pt在[启停风机总功率+并网线性风机最小总功率，启停风机总功率+并网线性风机最大总功率]范围内，则按照式(1)计算线性风机设定功率，给并网的线性风机下设定功率指令；
若功率目标值Pt小于启停风机总功率+并网线性风机最小功率总和，则首先计算两者间差值ΔPt1，再计算需要停止几台启停风机才能满足ΔPt1值，随后给启停风机下停机指令，给并网的线性风机按照式(2)分配并下发功率；
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-剩余的启停风机总理论发电功率)
/可控线性风机总的理论发电功率 (2)
若功率目标值Pt大于启停风机总功率+并网线性风机最大理论发电功率，则首先计算两者间差值ΔPt2，再计算需要启动几台启停风机、线性风机，优先启动线性风机，随后才考虑启停风机，他们的理论功率总和才能满足ΔPt2，随后给启停风机下启机指令，给并网的线性风机按照式(3)进行分配并下发功率。
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-并网和将启动的启停风机总理论发
电功率)/可控线性风机总的理论发电功率 (3)。
本发明还公开了一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制系统，包括：
调度有功功率控制指令获取模块，用于获取调度的有功功率控制系统下发的调度有功功率控制指令值P0；
调度有功功率控制指令判断模块，用于判断当前调度有功功率控制指令值P0是否满足设定下限<(PCC-P0)/P0<设定上限，其中，PCC为当前风电场并网点实时有功功率，若满足，则结束控制，否则调用调度有功功率控制指令修正模块；
调度有功功率控制指令修正模块，用于对当前调度有功功率控制指令值P0进行补偿，补偿后的调度有功功率控制指令值P0作为整个风电场的功率目标值Pt；
理论发电功率计算模块，用于根据待控制风机组内的各个风机的实时风速和各风机对应的风功率曲线，计算得到理论发电功率；
功率分配模块，用于根据理论发电功率和待控制风机组的类别，按照预先设定的分配规则将功率目标值Pt分配给待控制风机组内的各个风机；
指令下发模块，用于将各风机得到的功率或者启停风机得到的启停指令下发给各个风机执行机构。
进一步的，还包括：
风电厂风机配置文件读取模块，用于读取风电厂风机配置文件，并解析得到所需信息；
风机分类模块，用于根据风电厂风机配置文件读取模块的输出，对风机进行分类，形成各类别对应的风机组。
进一步的，所述风机组包括只有启停风机的风机组、只有线性风机/线性风机群组的风机组、启停风机和线性风机混合存在的风机组。
有益效果：本发明与现有相比，具有以下优点：
1、启停风机启动时间长，尤其是冬天，而且存在功率变化大，不够平滑等问题，所以不宜频繁启停；线性风机和风机群组能够较快地响应功率指令，时间响应上存在优势，而且功率变化平滑，能够满足功率变化率的要求。本方法充分利用风机各自的响应特性，同时不区分风机品牌，只根据风机的响应特性统一调度，使得风电场能够快速、稳定、平滑地响应调度功率变化，更好地完成功率控制过程，减少风电场被考核的情况。
2、基于本方法开发的功率控制系统，在宁夏风电场投入运行，月均减少风电场罚款20余万元，具有明显的经济效益。
附图说明
图1为现有控制方法的流程图；
图2为本发明方法的流程图；
图3为本实施例的功率响应曲线。
具体实施方式
本实施例以宁夏某风电场为例并结合附图进一步阐述本发明的控制方法，该宁夏某风电场分两期建设了风电场，第一期为只能进行启停操作的风机机组，第二期为能够线性功率调节的风机机组，改造之前，两期风机机组独立控制，现将两期风机机组合并成一个风电场，使用本发明的控制方法进行功率控制，以满足调度系统控制要求。
参见图2，本实施例的有功功率控制方法具体包括以下步骤：
步骤1：读取风电场中各风机的配置文件，并从配置文件中获得包括风机类型、风机额定容量、风机风功率曲线及是否为风机群组等信息；
步骤2：根据步骤1得到的信息，基于按照风机响应特性将风电场中各风机进行分类，分类类别包括但不限于启停风机、功率线性变化风机和风机群组；在本实施例中根据风机响应速度分出了三类：启停风机为类一、风机群组为类二、线性风机为类三；
步骤3：获取当前调度有功功率控制指令值P0
步骤4：将当前调度有功功率控制指令P0和当前风电场并网点实时有功功率PCC进行比较，若设定下限<(Pcc-P0)/P0<设定上限，则结束调节，否则进入步骤5；在本实施例中，该设定下限为-1.5％，设定上限为0，按照各个地区风电场要求，上下限均可以自行配置；
步骤5：由于系统存在功率损耗和功率预测不准的问题，需对调度下发的调度有功功率控制指令值P0进行一定程度的补偿，具体为：当(PCC-P0)/P0≥0时，将P0减去补偿量ΔP，当(PCC-P0)/P0<-1.5％时，将P0加上补偿量ΔP，得到整个电站的功率目标值Pt；
步骤6：通过程序与各个风机的通信接口，读取各个风机实时运行数据，该实时运行数据包括风机的实时风速，根据风机的实时风速和风机厂商提供的风功率曲线计算得到理论发电功率；
步骤7：针对风电场并网点实时有功功率和风机当前状态，将步骤5得到的整个电站的功率目标值Pt分配给线性风机/线性风机群组或者将启停指令分配给启停风机；
具体分配过程为：
若待控制风机组为只有启停风机的风机组，则根据功率目标值Pt和各台风机的理论发电功率，计算需要启动/停止的风机数量后，对各风机下发启停指令；
若待控制风机组为只有线性风机/线性风机群组的风机组，则判断功率目标值Pt是否包括在可控风机总的理论发电功率范围内，总的理论发电功率为所有可控风机的理论发电功率之和；
若包括，则按照下式计算得到线性风机的设定功率，并将风机设定功率下发至各线性风机：
风机设定功率＝风机的理论发电功率*目标功率Pt/可控风机总的理论发电功率 (1)
若不包括，则假设将所有并网线性风机/群组的功率降至最低或升至最大，此时所有线性机组总功率为P1，计算P2＝|Pt-P1|，得到还需要降低或升高的功率，若需要降低，则计算需要停机几台才能满P2，并给线性风机下最小理论发电功率指令；若需要升高，则计算需要启动未并网风机几台，他们的最大理论发电功率才能满足P2，并给相应的线性风机下最大理论发电功率指令；
若待控制风机组为启停风机和线性风机混合存在的风机组，则：
若功率目标值Pt在[启停风机总功率+并网线性风机最小总功率，启停风机总功率+并网线性风机最大总功率]范围内，则按照式(1)计算线性风机设定功率，给并网的线性风机下设定功率指令；
若功率目标值Pt小于启停风机总功率+并网线性风机最小功率总和，则首先计算两者间差值ΔPt1，再计算需要停止几台启停风机才能满足ΔPt1值，随后给启停风机下停机指令，给并网的线性风机按照式(2)分配并下发功率；
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-剩余的启停风机总理论发电功率)/可控线性风机总的理论发电功率(2)
若功率目标值Pt大于启停风机总功率+并网线性风机最大理论发电功率，则首先计算两者间差值ΔPt2，再计算需要启动几台启停风机、线性风机，优先启动线性风机，随后才考虑启停风机，他们的理论功率总和才能满足ΔPt2，随后给启停风机下启机指令，给并网的线性风机按照式(3)分配并下发功率；
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-并网和将启动的启停风机总理论发电功率)/可控线性风机总的理论发电功率 (3)。
步骤8：将各风机得到的功率或者启停风机得到的启停指令下发给各个风机执行机构。
步骤9：等待调度的有功功率控制系统自动根据当前风电场并网点实时有功功率计算后下发下一周期的P0，然后执行步骤3。
有功功率控制系统为现有技术，根据当前风电场并网点实时有功功率计算后下发下一周期的P0这个过程在调度主站系统中完成，本实施例属于子站系统，不涉及P0的计算算法，负责从通信接收到这个指令值P0。
如图3所示，Target为目标指令功率，Actual为实际功率值，Available为理论有功功率值，从图中可以看出，调度指令没有限制功率时，并网点功率能够比较好的跟随目标指令；在限功率的时候，并网点功率也能够比较平滑地跟随指令限制并网点出口功率，且没有出现功率变化率过大的阶梯状控制效果，控制效果较好。
本方法在宁夏已经部署试运行，根据宁夏省调发布的该站11月份考核结果：AGC可用率100％、响应时间100％，满足调度考核要求。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，提出了一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制系统，包括：
风电厂风机配置文件读取模块，用于读取风电厂风机配置文件，并解析得到所需信息；
风机分类模块，用于根据风电厂风机配置文件读取模块的输出，对风机进行分类，得到各类别风机；
调度有功功率控制指令获取模块，用于获取调度的有功功率控制系统下发的调度有功功率控制指令值P0；调度有功功率控制指令判断模块，用于判断当前调度有功功率控制指令值P0是否满足设定下限<(PCC-P0)/P0<设定上限，其中，PCC为当前风电场并网点实时有功功率，若满足，则结束控制，否则调用调度有功功率控制指令修正模块；
调度有功功率控制指令修正模块，用于对当前调度有功功率控制指令值P0进行补偿，得到功率目标值Pt；
更新模块，用于更新此时各类别的风机的工作状态和发电能力；
功率分配模块，用于针对风机不同的响应特性、电站实时功率和风机当前装填，将调度有功功率控制指令修正模块输出的功率目标值Pt分配给线性风机/线性风机群组或将启停指令分配给启停风机；
指令下发模块，用于将各风机得到的功率或者启停风机得到的启停指令下发给各个风机执行机构。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：判断当前调度有功功率控制指令值P0是否满足：设定下限<(PCC-P0)/P0<设定上限，其中，PCC为当前风电场并网点实时有功功率，若满足，则结束控制，否则进入步骤2；
步骤2：对当前调度有功功率控制指令值P0进行补偿，补偿后的调度有功功率控制指令值P0作为整个风电场的功率目标值Pt；
步骤3：根据待控制风机组内的各个风机的实时风速和各风机对应的风功率曲线，得到各个风机的理论发电功率；
步骤4：根据当前风电场并网点实时有功功率、风机当前状态、理论发电功率和待控制风机组的类别，将功率目标值Pt分配给待控制风机组内的线性风机/线性风机群组或者将启停指令分配给启停风机。
2.根据权利要求1所述的一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法，其特征在于：所述待控制风机组的类别包括只有启停风机的风机组、只有线性风机/线性风机群组的风机组、启停风机和线性风机混合存在的风机组。
3.根据权利要求2所述的一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法，其特征在于：在步骤4中，若待控制风机组为只有启停风机的风机组，则根据功率目标值Pt和各台风机的理论发电功率，计算需要启动/停止的风机数量后，对各风机下发启停指令；
若待控制风机组为只有线性风机/线性风机群组的风机组，则判断功率目标值Pt是否包括在可控风机总的理论发电功率范围内，所述总的理论发电功率为所有可控风机的理论发电功率之和；
若包括，则按照下式计算得到线性风机的设定功率，并将风机设定功率下发至各线性风机：
风机设定功率＝风机的理论发电功率*目标功率Pt/可控风机总的理论发电功率 (1)
若不包括，则假设将所有并网线性风机/群组的功率降至最低或升至最大，此时所有线性机组总功率为P1，计算P2＝|Pt-P1|，得到还需要降低或升高的功率，若需要降低，则计算需要停机几台才能满P2，并给相应的线性风机下最小理论发电功率指令；若需要升高，则计算需要启动未并网风机几台，他们的最大理论发电功率才能满足P2，并给相应的线性风机下最大理论发电功率指令；
若待控制风机组为启停风机和线性风机混合存在的风机组，则：
若功率目标值Pt在[启停风机总功率+并网线性风机最小总功率，启停风机总功率+并网线性风机最大总功率]范围内，则按照式(1)计算线性风机设定功率，给并网的线性风机下设定功率指令；
若功率目标值Pt小于启停风机总功率+并网线性风机最小功率总和，则首先计算两者间差值ΔPt1，再计算需要停止几台启停风机才能满足ΔPt1值，随后给启停风机下停机指令，给并网的线性风机按照式(2)分配并下发风机设定功率；
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-剩余的启停风机总理论发电功率)/可控线性风机总的理论发电功率 (2)
若功率目标值Pt大于启停风机总功率+并网线性风机最大理论发电功率，则首先计算两者间差值ΔPt2，再计算需要启动几台启停风机、线性风机，优先启动线性风机，随后才考虑启停风机，他们的理论功率总和才能满足ΔPt2，随后给启停风机下启机指令，给并网的线性风机按照式(3)进行分配并下发风机设定功率：
风机设定功率＝风机的理论发电功率*(目标功率Pt-并网和将启动的启停风机总理论发电功率)/可控线性风机总的理论发电功率(3)。
4.基于权利要求1至3任意一项所述的一种多类型风机场景下的风电场有功功率控制方法的控制系统，其特征在于：包括：
调度有功功率控制指令获取模块，用于获取调度的有功功率控制系统下发的调度有功功率控制指令值P0；
调度有功功率控制指令判断模块，用于判断当前调度有功功率控制指令值P0是否满足设定下限<(PCC-P0)/P0<设定上限，其中，PCC为当前风电场并网点实时有功功率，若满足，则结束控制，否则调用调度有功功率控制指令修正模块；
调度有功功率控制指令修正模块，用于对当前调度有功功率控制指令值P0进行补偿，补偿后的调度有功功率控制指令值P0作为整个风电场的功率目标值Pt；
理论发电功率计算模块，用于根据待控制风机组内的各个风机的实时风速和各风机对应的风功率曲线，计算得到理论发电功率；
功率分配模块，用于根据理论发电功率和待控制风机组的类别，按照预先设定的分配规则将功率目标值Pt分配给待控制风机组内的各个风机；
指令下发模块，用于将各风机得到的功率或者启停风机得到的启停指令下发给各个风机执行机构。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：还包括：
风电厂风机配置文件读取模块，用于读取风电厂风机配置文件，并解析得到所需信息；
风机分类模块，用于根据风电厂风机配置文件读取模块的输出，对风机进行分类，形成各类别对应的风机组。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述风机组包括只有启停风机的风机组、只有线性风机/线性风机群组的风机组、启停风机和线性风机混合存在的风机组。
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