CN114389286A - 一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于，包括：通过采集模块采集并网点电流信息和电压信息，并根据所述电流信息和电压信息计算线路功率信息；将所述线路功率信息输入控制模块，在控制模块中设置并网点频率死区阈值，控制模块将所述线路功率信息与所述并网点频率死区阈值进行比较；能够提高每台风电机组过压或者低压(或频率)穿越能力，当出现单一故障时不形成严重功率扰动，降低系统电压波动，实现系统电压平滑调节，配置控制模块接收大电网稳控系统、无功控制系统的指令，具备一次调频和快速调压功能，通过参与电网系统一次调频时能实现有功功率的连续平滑调节。

Description

一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统
技术领域
本发明涉及风电机组并网调控的领域，尤其涉及一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统。
背景技术
近年来，随着全球风电的迅速发展，我国局部地区电网的风电渗透率已经超过了20％。风电固有的随机性、间歇性和波动性的特点使得大容量风电场对电网的动态稳定、调频调压等方面都产生了不利影响。风电的控制及并网原理导致其机械功率与电磁功率解耦、转速与电网频率解耦，从而失去了对电网频率的快速有效响应，使旋转动能中的“隐含惯量”对整个电网的惯量几乎没有贡献，因而恶化了电网的频率调节效应。当电网中的风电渗透率不断增大时，这些影响也会越来越明显，甚至威胁到整个系统的正常运行。因此，研究风电大规模并网对系统的频率特性影响具有重要意义
现有的风电场新能源机组过压或者低压(或频率)导致穿越能力不足：电网单一故障时因过压或者低压穿越能力不足导致大量脱网，自身形成严重功率扰动，出现新能源发电的间歇性和波动性，造成电网潮流变化更加频繁、变化幅度更大，并引发严重的电压波动问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的问题是：现有的风电场新能源机组过压或者低压(或频率)导致穿越能力不足：电网单一故障时因过压或者低压穿越能力不足导致大量脱网，自身形成严重功率扰动，出现新能源发电的间歇性和波动性，造成电网潮流变化更加频繁、变化幅度更大，并引发严重的电压波动问题。
为解决上述问题，本发明提供如下方案：一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于，包括：通过采集模块采集并网点电流信息和电压信息，并根据所述电流信息和电压信息计算线路功率信息；将所述线路功率信息输入控制模块，在控制模块中设置并网点频率死区阈值，控制模块将所述线路功率信息与所述并网点频率死区阈值进行比较；当所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值时，控制模块通过远程通讯模块通过IEC104协议与能量管理平台建立连接，并向所述能量管理平台发射第一信号；能量管理平台根据所述第一信号，对控制模块发出调节指令。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：通过采集模块采集风电机组并网点电流信息和电压信息。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：所述控制模块内设置有并网点频率死区阈值；
当线路功率信息变化率大于并网点频率死区阈值，且风电机组线路功率信息中的有功功率大于20％PN时，风电机组满足如下公式时提供惯量响应；
Figure BDA0003402506760000021
同时风电机组有功功率变化量ΔP应满足如下如下公式：
Figure BDA0003402506760000022
其中，ΔP最大值不低于10％PN，ΔP响应时间不大于1s，允许偏差不大于±2％PN；
当所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值，且风电机组有功出力大于20％PN时，风电机组参与电网一次调频，并且风电场有功功率变化量ΔP满足如下公式：
Figure BDA0003402506760000023
其中：ΔP表示风电场有功功率变化量，TJ表示风电场惯性时间常数，fN表示电力系统额定频率，f表示风电场并网点频率，PN表示风电场额定容量。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：将所述能量管理平台内的第一信号指令级别设置为高于站控层AGC/AVC指令，待频率调节正常后再执行AGC/AVC指令。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：当风电机组有功功率在总额定功率的20％以上时，风电机组实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：所述控制模块接收调节指令，并将调节指令转化成控制指令发送到风电机组。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：采集模块，所述采集模块采集并网点电流信息和电压信息，并根据所述电流信息和电压信息计算线路功率信息，并将所述线路功率信息输入控制模块；控制模块中设置并网点频率死区阈值，控制模块将所述线路功率信息与并网点频率死区阈值进行比较，并根据比较结果向能量管理平台发射第一信号；能量管理平台根据所述第一信号，对控制模块发出调节指令。
作为本发明所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一种优选方案，其中：所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值，控制模块通过远程通讯模块通过IEC104协议与能量管理平台建立连接，控制模块与能量管理平台之间通过无线传送的方式，发送并接收信号。
本发明的有益效果：采集每一台风电机组的线路功率信息，对每台风电机组的功率进行调控，能够提高每台风电机组过压或者低压(或频率)穿越能力，当出现单一故障时不形成严重功率扰动，降低系统电压波动，实现系统电压平滑调节，配置控制模块接收大电网稳控系统、无功控制系统的指令，具备一次调频和快速调压功能，通过参与电网系统一次调频时能实现有功功率的连续平滑调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的基本流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统的一次调频示例曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，包括：
S1:通过采集模块100采集并网点电流信息和电压信息，并根据电流信息和电压信息计算线路功率信息；通过采集模块100采集风电机组并网点电流信息和电压信息。
S2:将线路功率信息输入控制模块200，在控制模块200中设置并网点频率死区阈值，控制模块200将线路功率信息与并网点频率死区阈值进行比较；
当线路功率信息变化率大于并网点频率死区阈值，且风电机组线路功率信息中的有功功率大于20％PN时，风电机组满足如下公式时提供惯量响应；
Figure BDA0003402506760000051
同时风电机组有功功率变化量ΔP应满足如下如下公式：
Figure BDA0003402506760000052
其中，ΔP最大值不低于10％PN，ΔP响应时间不大于1s，允许偏差不大于±2％PN；
当线路功率信息大于并网点频率死区阈值，且风电机组有功出力大于20％PN时，风电机组参与电网一次调频，并且风电场有功功率变化量ΔP满足如下公式：
Figure BDA0003402506760000053
其中：ΔP表示风电场有功功率变化量，TJ表示风电场惯性时间常数，fN表示电力系统额定频率，f表示风电场并网点频率，PN表示风电场额定容量。
将能量管理平台400内的第一信号指令级别设置为高于站控层AGC/AVC指令，待频率调节正常后再执行AGC/AVC指令。
当风电机组有功功率在总额定功率的20％以上时，风电机组实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。
S3:当线路功率信息大于并网点频率死区阈值时，控制模块200通过远程通讯模块300通过IEC104协议与能量管理平台400建立连接，并向能量管理平台400发射第一信号；
S4:能量管理平台400根据第一信号，对控制模块200发出调节指令；当频率降低超出死区设定值时，控制模块200向能量管理平台400发出有功增出力指令升高频率(受单一场站风速限制，该模式多为地区内新能源场站共同调节，也可通过增加备用容量、储能容量实现)；当频率升高超出死区设定值时，控制模块200向能量管理平台发出有功降出力指令降低频率，装置动作时指令级别高于站控层AGC/AVC指令，待频率调节正常后再执行AGC/AVC指令。
S5:控制模块200接收调节指令，并将调节指令转化成控制指令发送到风电机组。
采集模块100，采集模块100采集并网点电流信息和电压信息，通过现有电流表和电压表，采集并网点电流信息和电压信息，将电流信息和电压信息输入现有计算机，计算机根据电流信息和电压信息计算线路功率信息，并将线路功率信息输入控制模块200，控制模块200为用于接收线路功率信息并控制对应电路通断的单片机，如STM32F030F4P6，其内部设定有程序，包括：定时、测量功率、控制电路通断以及接收和处理来自主板的命令；
控制模块200中设置并网点频率死区阈值，控制模块200将线路功率信息与并网点频率死区阈值进行比较，并根据比较结果向能量管理平台400发射第一信号；能量管理平台400根据第一信号，对控制模块200发出调节指令。
线路功率信息大于并网点频率死区阈值，控制模块200通过远程通讯模块300通过IEC104协议与能量管理平台400建立连接，控制模块200与能量管理平台400之间通过无线传送的方式，发送并接收信号。
实施例2
参照图2，为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统，为对本方法及系统中采用的效果加以验证说明，本实施例采用传统方案与本发明方法及系统进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法及系统所具有的真实效果。
目前在进行功率控制时，一般是将总功率安装风电机组总数，计算每台风电机组的平均分配，将风电场的输出功率参考值平均分配到风电场内的各台风电机组，每台机组的参考功率为风电场总的参考功率除以风电场内机组的总台数，由于各台风电机组的装机容量不同，在这种情况下如果风电机组分配的参考功率大于机组的装机容量，设置为该机组的装机容量值；如果风电机组分配的参考功率小于机组调节下限时，机组参考功率设置为其调节下限值，从而保证各机组运行在正常的工作范围内。
然而，在大多数情况下，由于风电场内的机组数量众多，型号、装机容量并不相同，各台机组的出力能力有高有低。在这种情况下，按照各台机组的装机容量比例来分配功率输出，平均分配法策略的优点是操作计算简单，但是没有考虑机组工作时受到的外部因素的影响，比如说风电机组所处位置的风速大小，没有充分考虑机组在下一控制周期中的发电能力，未能将机组目标功率差异化分配，导致部分机组实时功率达不到预期发电功率，从而影响控制的精确度。
本发明则是采集每一台风电机组的线路功率信息，对每台风电机组的功率进行调控，能够提高每台风电机组过压或者低压(或频率)穿越能力，当出现单一故障时不形成严重功率扰动，降低系统电压波动，实现系统电压平滑调节，配置控制模块接收大电网稳控系统、无功控制系统的指令，具备一次调频和快速调压功能，通过参与电网系统一次调频时能实现有功功率的连续平滑调节。
表1：风电机组运行状态表。
Figure BDA0003402506760000071
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法及系统可以使用标准编程-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法及系统和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法及系统可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法及系统和编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通人员应当理解，可以对本发明的方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于，包括：
通过采集模块(100)采集并网点电流信息和电压信息，并根据所述电流信息和电压信息计算线路功率信息；
将所述线路功率信息输入控制模块(200)，在控制模块(200)中设置并网点频率死区阈值，控制模块(200)将所述线路功率信息与所述并网点频率死区阈值进行比较；
当所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值时，控制模块(200)通过远程通讯模块(300)通过IEC104协议与能量管理平台(400)建立连接，并向所述能量管理平台(400)发射第一信号；
能量管理平台(400)根据所述第一信号，对控制模块(200)发出调节指令。
2.如权利要求1所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于：通过采集模块(100)采集风电机组并网点电流信息和电压信息。
3.如权利要求2所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法及系统，其特征在于：所述控制模块(200)内设置有并网点频率死区阈值；
当线路功率信息变化率大于并网点频率死区阈值，且风电机组线路功率信息中的有功功率大于20％PN时，风电机组满足如下公式时提供惯量响应；
Figure FDA0003402506750000011
同时风电机组有功功率变化量ΔP应满足如下如下公式：
Figure FDA0003402506750000012
其中，ΔP最大值不低于10％PN，ΔP响应时间不大于1s，允许偏差不大于±2％PN；
当所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值，且风电机组有功出力大于20％PN时，风电机组参与电网一次调频，并且风电场有功功率变化量ΔP满足如下公式：
Figure FDA0003402506750000013
其中：ΔP表示风电场有功功率变化量，TJ表示风电场惯性时间常数，fN表示电力系统额定频率，f表示风电场并网点频率，PN表示风电场额定容量。
4.如权利要求3所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于：将所述能量管理平台(400)内的第一信号指令级别设置为高于站控层AGC/AVC指令，待频率调节正常后再执行AGC/AVC指令。
5.如权利要求4所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于：当风电机组有功功率在总额定功率的20％以上时，风电机组实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。
6.如权利要求5所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网方法，其特征在于：所述控制模块(200)接收调节指令，并将调节指令转化成控制指令发送到风电机组。
7.一种实现快速功率控制功能的风电场并网系统，其特征在于：
采集模块(100)，所述采集模块(100)采集并网点电流信息和电压信息，并根据所述电流信息和电压信息计算线路功率信息，并将所述线路功率信息输入控制模块(200)；
控制模块(200)中设置并网点频率死区阈值，控制模块(200)将所述线路功率信息与并网点频率死区阈值进行比较，并根据比较结果向能量管理平台(400)发射第一信号；
能量管理平台(400)根据所述第一信号，对控制模块(200)发出调节指令。
8.如权利要求7所述的一种实现快速功率控制功能的风电场并网系统，其特征在于：所述线路功率信息大于所述并网点频率死区阈值，控制模块(200)通过远程通讯模块(300)通过IEC104协议与能量管理平台(400)建立连接，控制模块(200)与能量管理平台(400)之间通过无线传送的方式，发送并接收信号。
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