CN212318217U - 一种对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，包括风电场场级控制装置与环境测量传感器；所述风电场场级控制装置由嵌入式控制器构成，部署在风电场场站，并且连接到风电场网络中，与风电场的各个风电机组组成环网；所述风电场场级控制装置与各个风电机组通讯；所述环境测量传感器用于测量所在位置的温度、气压，测量得到的数据全部传输给风电场场级控制装置。本实用新型提供了一种经济、高效的对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风电场场级控制系统。
背景技术
风电机组在低风速段运行时，发电机的最佳转矩与发电机转速的平方成正比，此比例系数被称为最佳转矩系数Kopt。而最佳转矩系数Kopt又与空气密度ρ成正比。目前风电机组控制策略通常是将空气密度ρ取风电场的年平均密度值，由此得到风电机组的最佳转矩系数Kopt。但实际上，空气密度ρ受温度T和气压P的影响，是一个变化量。因此使用年平均密度计算风电机组的最佳转矩系数Kopt，会导致风电机组在低风速段不能实现最佳转矩控制，进而会损失部分发电量。
针对风电机组的最优转矩控制要求，需要在风电场的所有风电机组上安装测量传感器，实时计算风电机组的空气密度。但这不符合降本增效的要求。
单台风电机组上安装测量传感器，也存在如果测量传感器损坏，则无法实时计算空气密度的风险。
目前的风电场场级控制通常只有远程启停控制或功率分配控制，不参与单台风电机组的算法控制，没有充分利用风电场场级控制的全场计算调度优势。
现有技术是在计算最佳转矩系数时，通常将风电场的年平均空气密度作为计算量，忽略因空气密度变化而造成的影响。
即使空气密度实时计算，也是每台风电机组独立安装控制，不仅造成了成本浪费，而且风电机组间的测量传感器无法实现冗余控制。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本实用新型提供了一种经济、高效的对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，包括风电场场级控制装置与环境测量传感器；所述风电场场级控制装置由嵌入式控制器构成，部署在风电场场站，并且连接到风电场网络中，与风电场的各个风电机组组成环网；所述风电场场级控制装置与各个风电机组通讯；所述环境测量传感器用于测量所在位置的温度、气压，测量得到的数据全部传输给风电场场级控制装置。
进一步，所述风电场场级控制装置与各个风电机组通讯方式为Modbus TCP/IP或倍福ADS通讯协议。
再进一步，所述环境测量传感器包括温度传感器和气压传感器。
优选的，所述环境测量传感器安装在风电场设定位置的风电机组上。不需要在整个风电场的所有风电机组都安装，只在风电场特定位置的风电机组上安装即可。
本实用新型中，该系统包括风电场级控制装置与环境测量传感器。风电场级控制装置实时计算空气密度，对年平均空气密度修正补偿，改变了原有的风电场场级控制不参与风电机组算法控制的传统。针对风电机组的测量传感器存在安装重复性的问题，特别是价值较高的传感器，只在风电场特定位置的风电机组上安装，由风电场场级控制装置实现各个风电机组之间的传感器信息共享。修正补偿后的空气密度值能够真实反映风电机组的实际空气密度，由此可以计算出风电机组的最佳转矩系数，实现在低风速段时风电机组的最优转矩控制，进而达到提升风电机组发电量的目的。
本实用新型的有益效果主要表现在：只需要在特定的风电机组上安装测量传感器，达到了经济、高效的效果。在风电场特定位置的风电机组上安装环境测量传感器，既能达到多点精确测量，也能实现冗余控制。将空气密度计算放置到风电场场级控制装置中进行，不会影响风电机组的常规控制。对年平均密度进行实时修正补偿，可以减小因空气密度变化对风电机组最优控制的影响。
附图说明
图1是风电场场级控制系统的框图。
图2是风电场场级控制系统的流程图。
图3是风电机组空气密度修正补偿流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1～图3，一种对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，包括风电场场级控制装置与环境测量传感器；
所述风电场场级控制装置由嵌入式控制器构成，部署在风电场场站，并且连接到风电场网络中，与风电场的各个风电机组组成环网；风电场场级控制装置与各个风电机组通讯，支持Modbus TCP/IP、倍福ADS等通讯协议；
所述环境测量传感器包括温度传感器和气压传感器，测量传感器不需要在整个风电场的所有风电机组都安装，只在风电场特定位置的风电机组上安装即可；
环境测量传感器用于测量所在位置的温度、气压，测量得到的数据全部传输给风电场场级控制装置。
所述风电场场级控制装置接收到环境测量传感器的数据后，首先判断数据是否是有效测量值，判断方法的步骤如下：1)将接收的各个同类传感器的数据排序，构成一个从小到大的数据序列；2)计算序列内的最大值(Max)与最小值(Min)的差值，如果差值在预设的阈值范围内，则序列内的所有的数据都是有效数据；否则依次计算序列内每个值与序列内中间值的差值，如果差值在预设的阈值范围，则该数据有效，否则剔除该数据；3)根据步骤1)、2)计算后，序列内的数据全部都是有效数据，然后计算序列内全部有效数据的平均值；4)根据步骤1)、2)、3)计算后得到风电场的温度、气压的实时值；5)风电场场级控制装置根据接收到的环境测量传感器的数据，计算出温度、气压的实时值后，根据温度、气压计算出风电场的实时空气密度，风电场的空气密度计算公式如下：
其中，ρ表示空气密度值；P为风电场的气压实时有效值，单位为Pa，R为通用气体常数287.053J/kg/K，T为风电场的温度实时有效值，单位为℃；
风电场场级控制装置根据实时的空气密度值，对年平均密度值进行修正补偿，计算出需要对年平均密度修正补偿的偏差值Δρ。
风电场场级控制装置将需要修正补偿的空气密度偏差值Δρ传输给各个风电机组，风电机组根据空气密度偏差值对本机组预设的空气密度值进行修正补偿。
风电机组根据修正后的实时空气密度值计算出机组的转矩最佳控制系数Kopt：
其中，ρ表示修正补偿后的空气密度值；R为风电机组的风轮半径，Cpmax为最大风能利用系数，λ为叶尖速比，G为风电机组齿轮箱速比。
根据计算得到最佳转矩系数Kopt，在低风速段时，最佳转矩Topt＝Koptω2，由此可以得到最优功率Popt＝Koptω3，实现了机组运行在最优功率的效果，提升风电机组的发电量。
Claims (4)
1.一种对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，包括风电场场级控制装置与环境测量传感器；所述风电场场级控制装置由嵌入式控制器构成，部署在风电场场站，并且连接到风电场网络中，与风电场的各个风电机组组成环网；所述风电场场级控制装置与各个风电机组通讯；所述环境测量传感器用于测量所在位置的温度、气压，测量得到的数据全部传输给风电场场级控制装置。
2.如权利要求1所述的对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，其特征在于，所述风电场场级控制装置与各个风电机组通讯方式为Modbus TCP/IP或倍福ADS通讯协议。
3.如权利要求1或2所述的对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，其特征在于，所述环境测量传感器包括温度传感器和气压传感器。
4.如权利要求3所述的对风电机组空气密度实时修正的风电场场级控制系统，其特征在于，所述环境测量传感器安装在风电场设定位置的风电机组上。
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