CN114567016A - 一种风电场能量分配方法及管理系统 - Google Patents

一种风电场能量分配方法及管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明的一些实施例提供一种风电场能量分配方法及管理系统，采集调度目标指令，计算风电场所有风机当前实际总出力和；根据调节周期和速率确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。能够使有功出力快速、准确的分配，满足一次调频对能量管理平台的性能要求，同时也提高了能量管理平台自身的调节效率和精度。

Description

一种风电场能量分配方法及管理系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场能量分配方法及管理系统。
背景技术
随着经济的发展，人类社会对电能的需求量越来越大，风能作为一种可再生的清洁能源，得到越来越多人的认可，然而风电功率输出的特点为间歇性、多变化，大型风场接入电网必然会面临电功率平稳调度问题，伴随风电场规模的扩大，风电装机容量不断提高，风电场对电网的影响逐渐显现，风电并网所带来的电压稳定性问题、暂态稳定性及频率稳定性问题都凸现出来。随着国家建立坚强型电网战略的逐步推进，对风电厂的调度管理系统需求应运而生，电网要求风电场必须配备能量管理系统，用来控制风力发电机的出力，使风电场发电量做到可调可控。
目前能量管理系统成为多数风电场的标配产品，随着各个网省公司调度控制中心要求新能源场站需具备一次调频功能通知的下发，各个风电场一次调频改造工作随之提上日程。然而能量管理平台是整个场站有功出力的控制者和协调者，因此一次调频系统需要通过能量平台将控制指令下发至风机，同时一次调频对能量管理的调节精度、速度都有比较高的要求，通常这就要求能量管理需要优化自身的控制算法和能量分配机制，以满足一次调频系统的调节要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风电场能量分配方法及管理系统，能够使有功出力快速、准确的分配，满足一次调频对能量管理平台的性能要求，同时也提高了能量管理平台自身的调节效率和精度。
为达到上述目的，本发明提供了一种风电场能量分配方法，包括：
采集调度目标指令，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；
基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；
根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；
对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
进一步地，确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令，包括：
如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
进一步地，所述调节步长的确定，包括：
根据调节周期和速率确定调节周期的调节步长；
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure BDA0003518989150000021
T取1分钟。
进一步地，根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令，包括：
计算第i台风机的目标指令
Figure BDA0003518989150000022
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
进一步地，修正目标指令，包括：
计算出本调节周期各台风机的目标指令；依次将各风机的目标指令与该风机总容量比较，当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率并累计；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量时，根据该风机总容量与目标指令的差值，将多余的未分配出的功率向第j台风机分配，与目标指令叠加作为第j台风机本轮调节的最终指令。
另一方面提供一种风电场能量管理系统，包括：
采集模块，采集调度目标指令；
目标总指令计算模块，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；
各风机指令计算模块，根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；
修正模块，对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
进一步地，所述目标总指令计算模块，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
进一步地，所述调节步长的确定包括：
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure BDA0003518989150000041
T取1分钟。
进一步地，所述各风机指令计算模块，计算第i台风机的目标指令
Figure BDA0003518989150000042
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
进一步地，所述修正模块，计算出本调节周期各台风机的目标指令；依次将各风机的目标指令与该风机总容量比较，当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率并累计；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量时，根据该风机总容量与目标指令的差值，将多余的未分配出的功率向第j台风机分配，与目标指令叠加作为第j台风机本轮调节的最终指令。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明的有功分配机制能保证一个指令周期内快速的、最大限度的将需要上调或下调的目标指令分配至各个风机，而不需要多个指令周期进行微调，不仅满足一次调频对能量管理平台的性能要求，同时也提高了能量管理平台自身的调节效率和精度，从而提高了整场控制的稳定性，该系统的设计提高电网的稳定运行，降低了对电网造成潜在的风险。
附图说明
图1为实施例提供的风电场能量分配流程图；
图2为实施例提供的风电场能量分配系统组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明的一个实施例提供一种风电场能量分配方法，结合图1，包括如下步骤：
S100采集调度目标指令，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值。
调度目标指令为电场所有风机调节的目标总值。计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值，获取设定的所有风机调节的目标总值和当前情况的差值，以确定需要增加或是减少风机出力。
S200基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令。
步骤S200包括：
如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
在一个实施例中，当所述差值大于零时，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为：PCurObj＝PCur+Δp；当所述差值小于零时，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为：PCurObj＝PCur-Δp。其中：PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和，Δp为调节步长。
根据调度对风电场调节速率的要求选择调节周期，根据调节速率和调节周期计算出每个控制周期需要调节的步长。
在一个实施例中，所述调节步长的确定包括：
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure BDA0003518989150000051
T取1分钟。例如当调度对风电场调节速率限值为每分钟不超过10MW，选择调节周期为15s，则调节步长为2.5MW。
调节步长是指调节过程中系统下发的相邻两次的指令差。比如所述目标指令是50M，当前出力和20M，系统不能直接把50M分配给风机，需要一步一步向上调。假如调度要求一分钟的调节速率不能超过10M，根据经验一般调节周期是15秒(系统15秒向风机下发一次执行指令)，也就是说一分钟内这4个调节周期向上调节的功率和不能超过10M，平均每个周期的调节步长需要小于2.5M，一般选定2.4M，尽可能的多发电，这样从20M向上调节到50M，需要13个调节周期才能调节到位，每个调节周期向风机下发的指令和以15s为周期，从22.4M开始按照公差为2.4的等差数列依次下发，直至调解到位。这个2.4是步长。
S300根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令。
根据每台风机当前出力占全场总出力的比值，将所述本调节周期需要向所有风机下发的目标指令分配至各机组如下：
计算第i台风机的目标指令
Figure BDA0003518989150000061
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
S400对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
计算出本调节周期需要给第i台风机的目标指令，需要对所述目标指令进行修正以保证调节的准确性。当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率，并统计本轮调节过程中所有未分配出的功率和；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量且未分配出的功率和大于零时，并根据该风机的理论可发功率，将第j台风机的目标指令在按比例分配的基础上叠加未分配出的功率，作为第j台风机本轮调节的最终指令。
另一方面提供一种风电场能量管理系统，结合图2，包括采集模块、目标总指令计算模块、各风机指令计算模块以及修正模块。
采集模块，采集调度目标指令。
目标总指令计算模块，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令。
在一个实施例中，所述目标总指令计算模块，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
所述调节步长的确定包括：
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure BDA0003518989150000071
T取1分钟。
各风机指令计算模块，根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令。计算第i台风机的目标指令
Figure BDA0003518989150000072
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
修正模块，对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
在一个实施例中，修正模块计算出本调节周期各台风机的目标指令；依次将各风机的目标指令与该风机总容量比较，当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率并累计；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量时，根据该风机总容量与目标指令的差值，将多余的未分配出的功率向第j台风机分配，与目标指令叠加作为第j台风机本轮调节的最终指令。
综上所述，本发明的一些实施例提供一种风电场能量分配方法及管理系统，采集调度目标指令，计算风电场所有风机当前实际总出力和；根据调节周期和速率确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。能够使有功出力快速、准确的分配，满足一次调频对能量管理平台的性能要求，同时也提高了能量管理平台自身的调节效率和精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种风电场能量分配方法，其特征在于，包括：
采集调度目标指令，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；
基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；
根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；
对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
2.根据权利要求1所述的风电场能量分配方法，其特征在于，确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令，包括：
如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
3.根据权利要求2所述的风电场能量分配方法，其特征在于，所述调节步长的确定，包括：
根据调节周期和速率确定调节周期的调节步长；
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure FDA0003518989140000011
T取1分钟。
4.根据权利要求1或2所述的风电场能量分配方法，其特征在于，根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令，包括：
计算第i台风机的目标指令
Figure FDA0003518989140000021
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
5.根据权利要求1或2所述的风电场能量分配方法，其特征在于，修正目标指令，包括：
计算出本调节周期各台风机的目标指令；依次将各风机的目标指令与该风机总容量比较，当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率并累计；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量时，根据该风机总容量与目标指令的差值，将多余的未分配出的功率向第j台风机分配，与目标指令叠加作为第j台风机本轮调节的最终指令。
6.一种风电场能量管理系统，其特征在于，包括：
采集模块，采集调度目标指令；
目标总指令计算模块，计算风电场所有风机当前实际总出力和，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；基于调节步长及所述差值确定本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令；
各风机指令计算模块，根据每台风机当前出力占所述当前实际总出力和的比值，计算各风机的目标指令；
修正模块，对于目标指令大于风机总容量的风机，将超过风机总容量的剩余目标指令调整至其他未达到风机总容量的风机，修正目标指令，并将修正后的目标指令作为本轮调节的最终指令下发。
7.根据权利要求6所述的风电场能量管理系统，其特征在于，所述目标总指令计算模块，计算所述调度目标指令与所述当前实际总出力和的差值；如果所述差值大于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之和；如果所述差值小于零，则本调节周期需要向所有风机下发的目标总指令为所述当前实际总出力和与调节步长之差；如果所述差值为0，则本调节周期向所有风机下发的目标总指令不变。
8.根据权利要求7所述的风电场能量管理系统，其特征在于，所述调节步长的确定包括：
根据调度对风电场调节速率限值V0的要求选择调节周期T0，调节周期的时长与V0成反比；根据V0和T0确定调节步长；
调节步长为
Figure FDA0003518989140000031
T取1分钟。
9.根据权利要求6或7所述的风电场能量管理系统，其特征在于，所述各风机指令计算模块，计算第i台风机的目标指令
Figure FDA0003518989140000032
其中PiCur为第i台风机的当前出力，PCurObj本调节周期的目标总指令，PCur为当前风场所有风机当前实际总出力和。
10.根据权利要求6或7所述的风电场能量管理系统，其特征在于，所述修正模块，计算出本调节周期各台风机的目标指令；依次将各风机的目标指令与该风机总容量比较，当所述第i台风机的目标指令大于该风机总容量时，将所述第i台风机的目标指令与该风机总容量做差，计算出多余的未分配出的功率并累计；当第j台风机的目标指令小于该风机总容量时，根据该风机总容量与目标指令的差值，将多余的未分配出的功率向第j台风机分配，与目标指令叠加作为第j台风机本轮调节的最终指令。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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