CN113642194A - 风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法 - Google Patents

风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法 Download PDF

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CN113642194A CN202111021980.XA CN202111021980A CN113642194A CN 113642194 A CN113642194 A CN 113642194A CN 202111021980 A CN202111021980 A CN 202111021980A CN 113642194 A CN113642194 A CN 113642194A
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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法，可调上限计算方法包括：调取风电场的运行功率历史数据建立风速‑功率对应表，当风力发电机组处于限功率运行状态时，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；将实时风速数据和历史风速数据分别与风速‑功率对应表进行匹配，确定实时功率数据和历史功率数据，通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算出可调上限。调频方法是基于可调上限对风电场的可调功率进行分配，根据分配结果确定相应的下发功率发送给风力发电机组。可以提高风力发电机组可调上限的准确性，优化风电场的功率调度。

Description

风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法
技术领域
本发明涉及同相分量分配的控制技术领域，具体涉及一种风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法。
背景技术
近年来风力发电得到了快速的发展，以风电为主的新能源发电日益壮大，风力发电已成为主要的新能源发电之一，随着风力发电规模的逐渐增加，由能量管理系统计算的风力发电机组的可调上限愈发重要，目前其准确性已作为电网考核的指标之一，且其作为衡量风力发电机组可发电能力的关键指标，对机组控制效果影响巨大。因此，现在亟需一种能真实反映风力发电机组可调上限的计算方法，为风电场的可调上限计算提供依据。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风力发电机组可调上限计算方法及有功功率调度方法，通过计算方法可以准确计算出风力发电机组的可调上限，提高风力发电机组的控制效果。
第一方面，提供了一种风力发电机组可调上限计算方法，包括：
调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
判定风力发电机组是否处于限功率运行状态；
响应于风力发电机组处于限功率运行状态，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；
将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；
通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的可调上限。
结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，
响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。
第二方面，提供了一种风电场可调上限计算方法，包括：
调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
确定风电场中处于限功率运行状态的风力发电机组，以及未处于限功率运行状态的风力发电机组；
对于未处于限功率运行状态的风力发电机组，根据风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限；
对于处于限功率运行状态的风力发电机组，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；并将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的机组可调上限；
根据全场所有风力发电机组的机组可调上限确定风电场的全场可调上限。
结合第二方面，在第二方面的第一种可实现方式中，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
第三方面，提供了一种基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，包括：
采用第二方面提供的风电场可调上限计算方法，计算的风电场的全场可调上限和风电场中每台风力发电机组的机组可调上限；
获取全场有功功率目标值；
判定全场有功功率目标值是否超过全场可调上限；
响应于全场有功功率目标值未超过全场可调上限，测量全场实际有功功率；
判定全场有功功率目标值与全场实际有功功率之间的可调功率值是否超出死区区间；
响应于所述可调功率值小于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值；
将风力发电机组的有功功率设定值与机组的实际有功功率进行比较，判定风力发电机组是否能够继续调频；
响应于风力发电机组可以继续调频，根据所述分配比例对可调功率值进行二次分配，并确定二次分配后的有功功率设定值，并将调节后的有功功率设定值下发给相应的风力发电机组。
结合第三方面，在第三方面的第一种可实现方式中，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
结合第三方面，在第三方面的第二种可实现方式中，
响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。
结合第三方面，在第三方面的第三种可实现方式中，根据相应的机组可调上限和全场可调上限计算风力发电机组的分配比例。
结合第三方面，在第三方面的第四种可实现方式中，响应于所述可调功率值大于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值，并下发相应的风力发电机组。
有益效果：采用本发明的计算方法，基于风力发电机组机组的实际发电能力和风速的变化，对风力发电机组的理论功率进行修正，从而有效的提高风力发电机组可调上限计算的准确性，为风电场的优化功率调度、电网安全运行提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的风力发电机组可调上限计算方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的风电场可调上限计算方法的流程图；
图3为本发明一实施例提供的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法的流程图。
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。
如图1所示的风力发电机组可调上限计算方法的流程图，该计算方法包括：
步骤1、调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
步骤2、判定风力发电机组是否处于限功率运行状态；
响应于风力发电机组处于限功率运行状态，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；
步骤3、将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；
步骤4、通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的可调上限。具体而言：
风电场中的所有风力发电机组可以将自身的运行功率数据实时发送给能量管理平台，运行功率数据包括风力发电机组的风速数据和实发功率数据。能量管理平台在接收到运行功率数据后，会将运行功率数据对应存储在自身的数据库中。
在计算风力发电机组的可调上限时，能量管理平台首先可以从自身的数据库中调取出风电场在过去3个月以上的运行功率历史数据。并根据调取的运行功率历史数据中的功率数据和风速数据进行曲线拟合，得到相应的功率曲线，从而通过功率曲线建立起风速-功率对应表。
然后，能量管理平台获取风力发电机组发送的运行状态信息，并根据运行状态信息判定风力发电机组是处于限功率运行状态，还是未处于限功率运行状态。
如果风力发电机组处于限功率运行状态，能量管理平台可以直接从数据库中调取当前时刻风力发电机组的实时风速数据。还可以通过获取到的风力发电机组的运行状态信息，确定风力发电机组由非限功率运行状态转换为限功率运行状态的转换时间，并通过转换时间从数据库中调取风力发电机组转换前一时刻的实发功率数据和历史风速数据。
之后，能量管理平台可以将风力发电机组对应的实时风速数据与风速-功率对应表进行匹配，从而确定风力发电机组的实时功率数据。并将历史风速数据与风速-功率对应表进行匹配，从而确定风力发电机组的历史功率数据。
最后，能量管理平台采用以下计算方法计算出风力发电机组的可调上限；
Pk＝Pt1,k-Pt0,k+Pt0,k′；
其中，Pt1,k为实时功率数据，Pt0,k为历史功率数据，Pt0,k′为实发功率数据。
如此，可以根据风力发电机组机组的实际发电能力和风速的变化，对风力发电机组的理论功率进行修正，从而有效的提高风力发电机组可调上限计算的准确性，为风电场的优化功率调度、电网安全运行提供依据。
在本实施例中，优选的，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
步骤1-1、对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
步骤1-2、采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
步骤1-3、根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
步骤1-4、通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。具体而言：
首先，能力管理平台可以对调取的运行功率数据进行数据清理，以提高数据的准确性。在清理数据时，能力管理平台可以根据风力发电机组的运行日志剔除机组故障、人为限制出力以及测风设备故障时段的数据。
然后，以0.1m/s bin的宽度为一组，采用BIN方法对清理后的数据进行处理，得到每个bin段所对应的平均功率和平均风速。
Figure BDA0003242237460000071
Figure BDA0003242237460000072
其中，
Pi——第i个bin的平均功率值；
Pi,j——第i个bin的j数据组的功率值；
Vi——第i个bin的平均风速值；
Vi,j——第i个bin的j数据组的风速值；
Ni——第i个bin的5min数据组的数据数量。
之后，根据计算得到的所有bin段的平均功率和平均风速，采用数据拟合方法进行曲线拟合，确定风电场的风速与功率对应的功率曲线。
最后，通过拟合得到的功率曲线确定以0.1m/s为间隔的风速-功率对应表。
在本实施例中，优选的，响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。当风力发电机组属于非限功率运行状态时，风力发电机组的机组可调上限等于风力发电机组实时的实发功率数据，即风力发电机组的实时风速下的实际发电功率。
实施例二、如图2所示的风电场可调上限计算方法的流程图，该计算方法包括：
步骤2-1、调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
步骤2-2、确定风电场中处于限功率运行状态的风力发电机组，以及未处于限功率运行状态的风力发电机组；
步骤2-3、根据风力发电机组的运行状态计算可调上限；
对于未处于限功率运行状态的风力发电机组，根据风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限；
对于处于限功率运行状态的风力发电机组，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；并将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的机组可调上限；
步骤2-4、根据全场所有风力发电机组的机组可调上限确定风电场的全场可调上限。具体而言：
首先，能量管理平台可以根据运行功率历史数据建立风速-功率对应表，建立风速-功率对应表的具体步骤与实施例一相同，此处不再赘述。
然后，能量管理平台可以根据每台风力发电机组发送的运行状态信息，确定风电场中处于限功率运行状态的风力发电机组，以及处于非限功率运行状态的风力发电机组。
之后，能量管理平台可以根据处于非限功率运行状态的风力发电机组的实时实发功率数据，确定这些风力发电机组的机组可调上限，在本实施例中，非限功率运行状态的风力发电机组的机组可调上限等于风力发电机组的实时实发功率数据。
能量管理平台还可以通过风速-功率对应表计算处于限功率运行状态的风力发电机组的机组可调上限，具体的计算步骤与实施例一中计算处于限功率运行状态的风力发电机组的机组可调上限的计算步骤相同，此次不再赘述。
最后，根据风电场全场所有风力发电机组的可调上限，计算出风电场的全场可调上限，计算式如下：
Figure BDA0003242237460000081
其中,n为风电场的风力发电机组数量。
如此，可以有效的提高风电场全场可调上限计算的准确性，为风电场的优化功率调度、电网安全运行提供依据。
在本实施例中，优选的，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
步骤2-1-1、对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
步骤2-1-2、采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
步骤2-1-3、根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
步骤2-1-4、通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
在本实施例中，所述风速-功率对应表的建立方法与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例三、如图3所示的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法的流程图，该调频方法包括：
步骤3-1、采用上风电场可调上限计算方法，计算的风电场的全场可调上限和风电场中每台风力发电机组的机组可调上限；
步骤3-2、获取全场有功功率目标值；
步骤3-3、判定全场有功功率目标值是否超过全场可调上限；
响应于全场有功功率目标值未超过全场可调上限，测量全场实际有功功率；
步骤3-4、判定全场有功功率目标值与全场实际有功功率之间的可调功率值是否超出死区区间；
响应于所述可调功率值小于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值；
步骤3-5、将风力发电机组的有功功率设定值与机组的实际有功功率进行比较，判定风力发电机组是否能够继续调频；
响应于风力发电机组可以继续调频，根据所述分配比例对可调功率值进行二次分配，并确定二次分配后的有功功率设定值，并将调节后的有功功率设定值下发给相应的风力发电机组。具体而言：
首先，能量管理平台可以采用实施例二所述的计算方法计算出风电场的全场可调上限和每台风力发电机组的机组可调上限，具体的计算步骤与实施例二相同，此处不再赘述。
然后，能量管理平台可以获取调频设备发送的全场有功功率目标值，现有的电网调频系统中，调频设备会周期性地自动将风电场的全场有功功率目标值发送给能量管理平台。
之后，能量管理平台可以将调频设备发送的全场有功功率目标值与计算得到的全场可调上限进行比较，判定全场有功功率目标值是否超过全场可调上限。
如果超过，能量管理平台直接执行放开逻辑，将风力发电机组的额定功率作为有功功率设定值下发给相应的风力发电机组。
如果未超过，能量管理平台可以测量电网并网点，如升压站的全场实际有功功率。
再然后，计算全场有功功率目标值与全场实际有功功率之间的可调功率值，并将可调功率值与能量管理平台中预先配置的死区区间进行比较，判定可调功率值是否超出预设的死区区间。
ΔP＝P目-P升；
其中，ΔP为可调功率，P目为全场有功功率目标值，P升为全场实际有功功率。
如果可调功率值未超出预设的死区区间，能量管理平台按照每台风力发电机组对应的分配比例，将全场有功功率分配给每台风力发电机组。能量管理平台可以根据风力发电机组实时的实发功率和分配到的分配有功功率计算出相应风力发电机组的有功功率设定值。
Figure BDA0003242237460000101
ΔPk＝ΔP*Qk；
ΔPk为风力发电机组k的分配功率，
Figure BDA0003242237460000111
为风力发电机组k的实发功率，即风力发电机组的实时风速对应的实际发电功率。Qk为风力发电机组k对应的分配比例。
再之后，能量管理平台将有功功率设定值与机组的实际有功功率进行比较，判定风力发电机组是否能够继续调频；
如果机组的实际有功功率大于有功功率设定值，则风力发电机组能够继续调频，能量管理平台可以再根据所述分配比例对可调功率值进行二次分配，确定每台风力发电机组二次分配的二次分配有功功率。
能量管理平台在第一次分配所得到的有功功率设定值的基础上，再结合二次分配所得的二次分配有功功率计算出调节后风力发电机组的有功功率设定值，并将调节后的有功功率设定值下发给相应的风力发电机组，具体计算式如下：
Pk″＝Pk′+ΔPk。
如此，可以有效的提高风电场全场可调上限计算的准确性，优化风电场的功率调度，为电网安全运行提供支持。
在本实施例中，优选的，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
步骤3-1-1、对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
步骤3-1-2、采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
步骤3-1-3、根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
步骤3-1-4、通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
在本实施例中，所述风速-功率对应表的建立方法与实施例一相同，此处不再赘述。
在本实施例中，优选的，响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。当风力发电机组属于非限功率运行状态时，风力发电机组的机组可调上限等于风力发电机组实时的实发功率数据，即风力发电机组的实时风速下的实际发电功率。
在本实施例中，优选的，根据相应的机组可调上限和全场可调上限计算风力发电机组的分配比例。
具体而言，风力发电机组的分配比例可以采用以下计算方法计算：
Figure BDA0003242237460000121
在本实施例中，优选的，响应于所述可调功率值大于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值，并下发相应的风力发电机组。
具体而言，当可调功率值大于死区区间时，有功功率设定值的计算方法如下：
Figure BDA0003242237460000122
ΔPk＝ΔP*Qk。
能量管理平台可以直接按照各个风力发电机组对应的分配比例，对可调功率进行分配，计算出每台风力发电机组的分配有功功率，再根据风力发电机组实时的实发功率和分配到的分配有功功率计算出相应风力发电机组的有功功率设定值，并将有功功率设定值下发给相应的风力发电机组。
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 (10)

1.一种风力发电机组可调上限计算方法，其特征在于，包括：
调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
判定风力发电机组是否处于限功率运行状态；
响应于风力发电机组处于限功率运行状态，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；
将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；
通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的可调上限。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组可调上限计算方法，其特征在于，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组可调上限计算方法，其特征在于，
响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。
4.一种风电场可调上限计算方法，其特征在于，包括：
调取风电场的运行功率历史数据，基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表；
确定风电场中处于限功率运行状态的风力发电机组，以及未处于限功率运行状态的风力发电机组；
对于未处于限功率运行状态的风力发电机组，根据风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限；
对于处于限功率运行状态的风力发电机组，确定风力发电机组的实时风速数据，以及风力发电机组转换为限功率运行状态前一时刻的实发功率数据和历史风速数据；并将实时风速数据和历史风速数据分别与风速-功率对应表进行匹配，分别确定实时风速数据和历史风速数据对应的实时功率数据和历史功率数据；通过实发功率数据、实时功率数据和历史功率数据计算风力发电机组的机组可调上限；
根据全场所有风力发电机组的机组可调上限确定风电场的全场可调上限。
5.根据权利要求4所述的风电场可调上限计算方法，其特征在于，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
6.一种基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求4所述风电场可调上限计算方法，计算的风电场的全场可调上限和风电场中每台风力发电机组的机组可调上限；
获取全场有功功率目标值；
判定全场有功功率目标值是否超过全场可调上限；
响应于全场有功功率目标值未超过全场可调上限，测量全场实际有功功率；
判定全场有功功率目标值与全场实际有功功率之间的可调功率值是否超出死区区间；
响应于所述可调功率值小于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值；
将风力发电机组的有功功率设定值与机组的实际有功功率进行比较，判定风力发电机组是否能够继续调频；
响应于风力发电机组可以继续调频，根据所述分配比例对可调功率值进行二次分配，并确定二次分配后的有功功率设定值，并将调节后的有功功率设定值下发给相应的风力发电机组。
7.根据权利要求6所述的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，其特征在于，所述基于运行功率历史数据建立风速-功率对应表，包括：
对获取的运行功率历史数据进行数据清理；
采用BIN方法对清理后的数据进行处理，统计出风电场一定间隔的平均风速和平均功率；
根据所有的平均风速和平均功率进行数据拟合，确定功率曲线；
通过功率曲线建立所述风速-功率对应表。
8.根据权利要求6所述的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，其特征在于：
响应于风力发电机组未处于限功率运行状态，根据所述风力发电机组的实时实发功率数据确定风力发电机组的机组可调上限。
9.根据权利要求6所述的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，其特征在于，根据相应的机组可调上限和全场可调上限计算风力发电机组的分配比例。
10.根据权利要求6所述的基于能量管理平台的风电场有功功率调度方法，其特征在于，响应于所述可调功率值大于死区区间，根据分配比例对可调功率值进行比例分配，确定每台风力发电机组的有功功率设定值，并下发相应的风力发电机组。
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