專利名稱：風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，屬于風(fēng)電場并網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，對增加我們能源供應(yīng)，調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)和保 護生態(tài)環(huán)境有積極作用。隨著國家新能源發(fā)電的積極推進，越來越多的大型風(fēng)電基地建設(shè)完成，解決新能 源發(fā)電上網(wǎng)難的問題已成為各界人士的共識，這為電網(wǎng)建設(shè)提出了新的接入課題。但是，中國電能三分之二需求集中在東中部地區(qū)，因此，“三北”地區(qū)風(fēng)電無法就地 消納，需要依托高電壓等級、大規(guī)模遠距離輸送。此外，風(fēng)電與火電需要達到一定的比例，否 則電網(wǎng)輸電難以承受。一方面，風(fēng)電并網(wǎng)會引起電網(wǎng)電能質(zhì)量下降、諧波污染，大型風(fēng)電場 并網(wǎng)時會引起電網(wǎng)電壓、頻率的不穩(wěn)定等問題。由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性，對我國尚不堅強的電 網(wǎng)構(gòu)成沖擊，使風(fēng)電場利用小時數(shù)過低，無法形成規(guī)模效應(yīng)，導(dǎo)致風(fēng)電項目內(nèi)部投資回報率 低于8%的社會平均水平，缺乏投資吸引力。風(fēng)力發(fā)電機是以風(fēng)作為原動力，風(fēng)的隨機波動性和間歇性決定了風(fēng)力發(fā)電機的輸 出特性也是波動和間歇的。風(fēng)力發(fā)電機多為異步發(fā)電機，在發(fā)出有功功率的同時還要從系 統(tǒng)吸收無功功率，其無功需求是隨有功輸出的變化而變化的。當(dāng)風(fēng)電場的容量較小時，這些 特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風(fēng)電場對 系統(tǒng)的影響就會越來越顯著。大規(guī)模風(fēng)場并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響可以分為兩類，一是對系統(tǒng)動 態(tài)行為的影響，包括暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定及電力諧波的影響等；二是電網(wǎng)調(diào)度管理的影響， 包括對電網(wǎng)經(jīng)濟運行方式安排、調(diào)峰能力以及對電網(wǎng)事故處理等的影響。從2008年我國風(fēng) 電調(diào)查報告中，存在的主要問題表現(xiàn)為
一、大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行影響正在顯現(xiàn) 1)對電網(wǎng)頻率的影響風(fēng)電場對系統(tǒng)頻率的影響取決于風(fēng)電場短路容量比，即風(fēng)電場 額定容量與該風(fēng)電場與電力系統(tǒng)的連接點的短路容量之比。當(dāng)短路比較大時，風(fēng)電場輸出 功率的隨機波動性對電網(wǎng)頻率的影響會比較顯著。2)目前在大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的形勢下，電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，風(fēng)電場接入到大系統(tǒng) 中，其容量在電網(wǎng)的總?cè)萘恐兴嫉谋壤跷?，對電網(wǎng)的頻率的影響很小。但大規(guī)模風(fēng)場的 接入系統(tǒng)，特別是區(qū)域性電網(wǎng)，其對系統(tǒng)頻率，包括電壓波動等產(chǎn)生的影響將會變得嚴重。3)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機組本身的運行特性使風(fēng) 電機組的輸出功率是波動的，會影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，主要體現(xiàn)在
a)電壓波動和閃變電壓波動和閃變是風(fēng)力發(fā)電機組對電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要負面影 響之一。并網(wǎng)風(fēng)電機組在持續(xù)運行和切換操作過程中都會產(chǎn)生電壓波動和閃變。引起電壓 波動和閃變的因素包括風(fēng)速、風(fēng)電機組類型、控制系統(tǒng)以及并網(wǎng)風(fēng)電機組公共連接點短路 比和電網(wǎng)線路X/R比等；
b)諧波污染風(fēng)電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的途徑主要包括風(fēng)機本身配備電力電子裝置和風(fēng)
5機的并聯(lián)補償電容器與線路電抗發(fā)生諧振產(chǎn)生的諧波。風(fēng)電系統(tǒng)中諧波可造成增加發(fā)電機 的銅損和鐵損、引起電容器組和變壓器的發(fā)熱故障、控制電路受影響、傳感器測量不準等現(xiàn)象。4)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響風(fēng)力發(fā)電機多采用感應(yīng)電機，感應(yīng)發(fā)電機的運行需要無 功支持。盡管可以通過投入無功補償裝置來提高功率因數(shù)，但是頻繁的投切存在時間上的 延遲，勢必對并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定產(chǎn)生威脅。當(dāng)系統(tǒng)電壓水平降低時，無功補償量下降很 多，而風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求反而上升，進一步惡化電壓水平，嚴重時會造成電壓崩潰， 風(fēng)機被迫停機。此外，風(fēng)電場出力過高有可能降低電網(wǎng)的電壓安全裕度，容易導(dǎo)致電壓崩 潰。并網(wǎng)型風(fēng)電場對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要威脅一方面是風(fēng)速的波動性和隨機性引起風(fēng)電場 出力隨時間變化且難以準確預(yù)測，而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電接入系統(tǒng)時存在潛在安全隱患。另一方 面是弱電網(wǎng)中風(fēng)電注入功率過高弓I起的電壓穩(wěn)定性降低。5)對電網(wǎng)繼電保護裝置的影響風(fēng)電場與電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的潮流有時是雙向的， 這就給保護配置帶來一定的技術(shù)難度。并網(wǎng)運行的異步發(fā)電機沒有獨立的勵磁機構(gòu)，在電 網(wǎng)發(fā)生短路故障時由于機端電壓顯著降低，風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)具備一定的低電壓維持能力，在 保護配置上應(yīng)設(shè)置低電壓保護，在低電壓保護動作之前，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的判距自動投切無功 補償裝置，盡可能降低無功缺額，維持風(fēng)力發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。二、風(fēng)電技術(shù)裝備水平差，技術(shù)創(chuàng)新能力不足 三、風(fēng)電運行和調(diào)度管理經(jīng)驗不足
技術(shù)標準不健全風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)標準需要重新制定，以滿足風(fēng)電場快速發(fā)展 的要求；風(fēng)電機組制造、檢測和調(diào)試方面的標準還沒有形成完整的體系，多數(shù)關(guān)鍵零部件的 相關(guān)標準還未發(fā)布；大部分風(fēng)電機組功率曲線、電能質(zhì)量、有功和無功調(diào)節(jié)性能、低電壓穿 越能力沒有經(jīng)過認證。為了改善風(fēng)電場的并網(wǎng)能力，許多新興技術(shù)和策略不斷涌現(xiàn)，例如大規(guī)模儲能裝 置、風(fēng)功率預(yù)測、風(fēng)電場有功無功協(xié)調(diào)控制等。然而，這些技術(shù)均站在局部視角并針對特定 問題，建立在一系列基本假設(shè)之上，由于缺少對相關(guān)環(huán)節(jié)的整體規(guī)劃，每一項技術(shù)單獨運用 都難以在實踐中發(fā)揮作用。因此，一種涵蓋風(fēng)電并網(wǎng)各個環(huán)節(jié)和相關(guān)技術(shù)的整體解決方案 就變得尤為重要和必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，以改善和提高風(fēng)電場并網(wǎng)能 力，使風(fēng)電場整體對于電網(wǎng)呈現(xiàn)出傳統(tǒng)發(fā)電廠的運行和調(diào)控特性，減少對于電網(wǎng)的沖擊和 影響，并對電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓及安全穩(wěn)定控制提供支持。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法步驟如下
(1)采集風(fēng)電場中單機設(shè)備信息，包括風(fēng)機、發(fā)電機、變電站、氣象站相關(guān)設(shè)備的運行狀 態(tài)及技術(shù)特征參數(shù)；
(2)對采集的全場單機設(shè)備信息和現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測信息進行匯總，進行發(fā)電能力統(tǒng)
計；
(3)綜合分析風(fēng)電場的現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測、檢修計劃和發(fā)電能力統(tǒng)計信息生成發(fā)電能力 計劃，并將該發(fā)電能力計劃和調(diào)度風(fēng)功率預(yù)測信息上報給電網(wǎng)調(diào)度TSO ；
6(4)電網(wǎng)調(diào)度TSO根據(jù)上報的全場發(fā)電能力計劃、全網(wǎng)運行和控制的需要，選擇相應(yīng)的 有功、無功協(xié)調(diào)控制方式；
(5)根據(jù)采集的并網(wǎng)點或公共連接點測量值判斷電網(wǎng)處于正常穩(wěn)態(tài)或事故狀態(tài)；
(6)若處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，則屏蔽低電壓穿越功能，將所選有功、無功控制策略轉(zhuǎn)化為 風(fēng)電場特定時刻有功、無功出力的確切目標值；并將目標值下達給AGC/AVC執(zhí)行裝置，由儲 能控制和出力分派模塊通過與風(fēng)電場實測出力值進行比較，根據(jù)協(xié)調(diào)調(diào)度原則，轉(zhuǎn)化為對 各機組、儲能裝置以及無功補償裝置的具體目標值，并下達給各機組和設(shè)備執(zhí)行；
(7)若處于電網(wǎng)事故狀態(tài)，則屏蔽有功無功的協(xié)調(diào)控制，啟動低電壓穿越功能，維持機 組并網(wǎng)。進一步的，所述步驟(2)全場的場是指對應(yīng)于同一個并網(wǎng)點或公共連接點的所有 機組的集合，在組織機構(gòu)上屬于同一個風(fēng)場或是多個風(fēng)場的集群。進一步的，所述步驟(2)中發(fā)電能力統(tǒng)計信息是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測，結(jié)合每臺風(fēng) 機和設(shè)備的技術(shù)特性，確定全場有功無功出力范圍。進一步的，所述步驟(3)中檢修維護計劃是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測、負荷預(yù)測選取經(jīng) 濟指標或可靠性指標構(gòu)造優(yōu)化目標，確定時間、資源等約束條件，尋求可行優(yōu)化的機組檢修 計劃，該機組檢修計劃及時通報給發(fā)電能力統(tǒng)計和出力分派模塊，使得統(tǒng)計發(fā)電能力和分 派出力時排除機組檢修的影響。進一步的，所述步驟(3)中發(fā)電能力計劃的生成還根據(jù)風(fēng)機啟停規(guī)劃，該風(fēng)機啟停 規(guī)劃是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測所得到的各風(fēng)機發(fā)電能力的資源限制，以及預(yù)測電網(wǎng)對風(fēng)電場 的發(fā)電需求、風(fēng)電場發(fā)電能力統(tǒng)計等，針對某一水平的負荷，解決讓哪些機組投入運行，針 對一天的負荷變化曲線，各機組應(yīng)該怎樣啟停。進一步的，所述步驟(6)中有功協(xié)調(diào)控制方式包括
平衡控制將風(fēng)電場有功出力根據(jù)調(diào)度指令逐步上調(diào)或下調(diào)至一個恒定值； 備用控制根據(jù)最大有功出力能力，風(fēng)電場被要求保持一定的恒定的備用容量，以便參 與頻率調(diào)節(jié)；
限制爬坡率根據(jù)電網(wǎng)并網(wǎng)的技術(shù)指標，限制全場有功出力相對于時間的變化率； 擁塞管理根據(jù)風(fēng)電場發(fā)電能力計劃，向風(fēng)電場下達有功出力調(diào)節(jié)的指令； 利用備用容量進行一次調(diào)頻風(fēng)電機組按照以下方式根據(jù)頻率變化改變出力
Pt為風(fēng)機功率，/、_為給定風(fēng)速下最大發(fā)電功率，Pro為額定頻率下風(fēng)機功率，s=5% ； 如果將整個風(fēng)場看做一臺發(fā)電機，為全風(fēng)場規(guī)定相似的頻率特性
以根據(jù)全場風(fēng)機特性的統(tǒng)計，折算出風(fēng)場的頻率特性Kwf ；
利用風(fēng)機儲存的動能進行一次調(diào)頻風(fēng)機儲存的動能計算為
為風(fēng)機轉(zhuǎn)子慣量,2為其轉(zhuǎn)速；
其慣性常數(shù)為
為風(fēng)機額定視在功率；二次調(diào)頻根據(jù)調(diào)度的指令調(diào)節(jié)有功出力以達到區(qū)域平衡和無差調(diào)節(jié)，本質(zhì)是執(zhí)行調(diào) 節(jié)特定的有功出力的指令。進一步的，所述步驟(6)中無功協(xié)調(diào)控制方式包括 指定無功輸出調(diào)度直接向風(fēng)電場下達指定的無功出力指標；
自動電壓控制根據(jù)指定的電壓指標，對指定的受控母線電壓行檢測，經(jīng)比
較其差值計算控制電壓所需求的全場無功出力β:
在獲得電壓偏差后，采用無功對電壓變化的敏感系數(shù)來確定無功需求；
,敏感系數(shù)主要由與風(fēng)電場連接的地區(qū)電網(wǎng)決定，可以手動選擇或者
D-O
根據(jù)較長時期內(nèi)由兩個電壓和無功的采樣點來計算
則電壓控制所需求的無功變化量為AQ = K,, 全場無功出力指標為-.Q^ = β_ +Δβ
控制遠端負荷母線電壓根據(jù)輸電線路的阻抗估算電壓的降落，并將其修正在并網(wǎng)點 電壓指標上，以此進一步支持系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)yr4 = vl"+ 7-,其中是遠端受控母 線的電壓指標，Ktes是傳輸線路造成的電壓降落。進一步的，所述步驟(6)出力分派包括平均分派、按可出力能力比例分派、按剩余 出力能力比例分派、等功率因數(shù)分派、最優(yōu)化分派、不同類型機組與無功補償裝置的協(xié)調(diào)分 派、儲能系統(tǒng)與風(fēng)機變漿協(xié)調(diào)。進一步的，所述儲能系統(tǒng)與變漿協(xié)調(diào)是風(fēng)機輸出的總有功功率經(jīng)過一個一階慣性 濾波器后作為儲能控制的目標值，與風(fēng)機實際輸出有功經(jīng)比較得差值作為儲能系統(tǒng)的輸出 值，按照各參數(shù)的時域關(guān)系，控制關(guān)系表達式如下
(1)設(shè) 時刻的風(fēng)電場輸出功率為G(t)，則t時刻平滑目標00(t)的計算如 下必⑴ 二 a Gif) + {1-a) 00{t-l),
其中1/{1+Τ/Δ t)為一階濾波系數(shù)，Γ為濾波時間常數(shù)，」t為采樣周期；
(2) 時刻儲能系統(tǒng)的輸出功率基值為戎/U= O0 (t) ~ G{t)，正值為放電，負值為充
電；
(3) 時刻實際風(fēng)機和儲能系統(tǒng)輸出功率總量為..0、€)= B(t) + G(t) ,n^BCtJ為 儲能控制系統(tǒng)接受/// )輸出功率命令，實際執(zhí)行后儲能系統(tǒng)實際輸出功率，(Kt) %Ptotal 在t時刻的數(shù)值；
風(fēng)機變槳控制系統(tǒng)在風(fēng)電場出口處測量獲得/^m矽( )入將其與風(fēng)場指定出力/^,比 較獲得變槳調(diào)節(jié)的控制量」P 二 Pref ~ Ptotal
設(shè)定限值Λ，只有當(dāng)I>巧變槳系統(tǒng)才參與調(diào)節(jié)。進一步的，所述儲能系統(tǒng)與風(fēng)機變漿協(xié)調(diào)t時刻向儲能系統(tǒng)下達的輸出功率//( ) 添加一個修正量力作」-.H{t) = H0{t) + h{t)；修正量力作」的表達式為
h{t) = A (SOC ~ α SOC ~ m) = A{{\~a)SOC - m)，
其中J為反饋增益系數(shù)，α為傾斜系數(shù)， 為邊界修正量由邊際比率I決定，SOC 為電池充電狀態(tài)，表示電池的電量水平。
本發(fā)明采用從電網(wǎng)看待風(fēng)電場的獨特視角，根據(jù)風(fēng)機、風(fēng)場和電網(wǎng)(機、場、網(wǎng))三 級聯(lián)合協(xié)調(diào)的框架，完整的實現(xiàn)了各級各環(huán)節(jié)的功能和相互協(xié)調(diào)關(guān)系，從而使風(fēng)電場整體 對于電網(wǎng)呈現(xiàn)出傳統(tǒng)發(fā)電廠的運行和調(diào)控特性，減少其對于電網(wǎng)的沖擊和影響，甚至為電 網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓等提供必要的支持。本發(fā)明站在全局和宏觀的角度，通過現(xiàn)代通信和分析計 算技術(shù)能力的支持，利用橫向整體(多個機組設(shè)備)和縱向整體(機、場、網(wǎng)多個控制層次)的 聯(lián)合協(xié)調(diào)和相互支持，消除或降低風(fēng)機個體的缺陷和負面影響，從而使風(fēng)電場整體呈現(xiàn)出 對于電網(wǎng)的友好特性，提高其并網(wǎng)運行小時數(shù)，大大提高經(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明的機、場、網(wǎng)三級協(xié)調(diào)框架示意圖； 圖2是本發(fā)明功能模塊原理框圖3是本發(fā)明發(fā)電能力統(tǒng)計示意圖4是本發(fā)明平衡控制示意圖5是本發(fā)明備用控制示意圖6是本發(fā)明儲能系統(tǒng)與風(fēng)機變槳協(xié)調(diào)示意圖7是本發(fā)明儲能系統(tǒng)控制框圖8是本發(fā)明修正量計算示意圖9是本發(fā)明長中短期出力規(guī)劃示意圖10是本發(fā)明智能調(diào)度單元與傳統(tǒng)EMS結(jié)合示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，著重站在全局的視角，從電網(wǎng)審視風(fēng)電場，使其具 備傳統(tǒng)電廠的運行和調(diào)控特性。該方案是建立在機、場、網(wǎng)三級協(xié)調(diào)框架基礎(chǔ)上的，所以該 方案的具體實施也需要在相關(guān)的各級不同環(huán)節(jié)部署分析和控制設(shè)備，通過它們的協(xié)作來實 現(xiàn)友好型風(fēng)電場的并網(wǎng)。本發(fā)明首先建立機、場、網(wǎng)三級協(xié)調(diào)框架，如圖1所示；風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制是借助 于整體之間的協(xié)調(diào)配合和支援，緩解或消除個體的缺陷或負面效應(yīng)。所以，這種整體的相互 協(xié)調(diào)的前提是對個體信息的全面精確的把握，也就是從本質(zhì)上講，風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制的過 程就是信息的采集、分析和應(yīng)用的過程。而機場網(wǎng)(風(fēng)機、風(fēng)場、電網(wǎng))的三級協(xié)調(diào)架構(gòu)，也 恰恰對應(yīng)了信息的采集、分析和應(yīng)用的三個基本環(huán)節(jié)。第一級對應(yīng)的是單機設(shè)備的信息采 集，包括風(fēng)機、發(fā)電機、變電站、氣象站等所有相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)及技術(shù)特性參數(shù)，如風(fēng)機 轉(zhuǎn)速、漿距角、發(fā)電機有功和無功功率、變壓器狀態(tài)參數(shù)以及風(fēng)速和溫度等。第二級對應(yīng)的 是全場的信息匯總和深度分析。此處的場是指對應(yīng)于同一個并網(wǎng)點或公共連接點的所有機 組的集合，在組織結(jié)構(gòu)上可能屬于同一個風(fēng)場，也可能是多個風(fēng)場的集群。數(shù)據(jù)的分析可以 通過算法程序自動進行，也可以通過發(fā)送統(tǒng)計報告和人機界面進行人工分析。分析的結(jié)果， 包括風(fēng)功率預(yù)測、全場有功無功的出力范圍、檢修維護計劃等，被上報給電網(wǎng)調(diào)度TS0，以便 進行第三級的面向電網(wǎng)的控制應(yīng)用。TSO根據(jù)上報的全場發(fā)電能力計劃(有功無功出力范 圍)，根據(jù)全網(wǎng)運行和控制的需要，給定風(fēng)電場出力的運行點(不能超出風(fēng)電場計劃的出力 范圍)，或電壓頻率的控制策略和控制方式。根據(jù)以上TSO的指令，結(jié)合各單機設(shè)備的狀態(tài)和 特點，采用相應(yīng)的優(yōu)化分派的算法，將全場的出力或控制指標分解為各機組和設(shè)備的具體運行指標。如電網(wǎng)調(diào)度TSO根據(jù)負荷預(yù)測制定包括風(fēng)電在內(nèi)的全網(wǎng)發(fā)電計劃直接給出風(fēng)電 場在特定時段的具體有功無功出力值、或根據(jù)調(diào)頻調(diào)壓控制、擁塞管理等控制需求選擇對 應(yīng)的控制方式由算法自動生成風(fēng)電場有功無功的出力目標值。根據(jù)并網(wǎng)點或公共連接點電 氣量的測量值判斷電網(wǎng)處于正常穩(wěn)態(tài)或事故狀態(tài)，例如根據(jù)電壓和電流的巨大變化判斷電 網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路事故，處于電網(wǎng)事故狀態(tài)則屏蔽有功無功的協(xié)調(diào)控制，啟動低電壓穿越功能， 維持機組并網(wǎng)。若處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，則屏蔽低電壓穿越功能，將所述有功和無功控制策略 轉(zhuǎn)化為風(fēng)電場特定時刻有功、無功出力的確切目標值；并將目標值下達給AGC/AVC執(zhí)行裝 置，由儲能控制和出力分派模塊通過與風(fēng)電場實測出力值進行比較，根據(jù)經(jīng)濟指標最優(yōu)或 技術(shù)指標最優(yōu)等協(xié)調(diào)調(diào)度原則，轉(zhuǎn)化為對各機組、儲能裝置以及無功補償裝置的具體目標 值，并下達給各機組和設(shè)備執(zhí)行。在整體框架基礎(chǔ)上，如圖2所示。風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括各風(fēng)機及儲 能和無功補償設(shè)備、風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)、智能調(diào)度單元和執(zhí)行裝置。風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)包括發(fā)電 能力統(tǒng)計、檢修計劃、啟停規(guī)劃、信息采集等功能模塊。智能調(diào)度單元主要包括發(fā)電能力計 劃、風(fēng)功率預(yù)測、TSO調(diào)度、有功協(xié)調(diào)控制、無功協(xié)調(diào)控制、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測等功能模塊。執(zhí)行 裝置主要包括低電壓穿越模塊和AGC/AVC裝置，即無功協(xié)調(diào)控制裝置AVC，有功協(xié)調(diào)控制裝 置AGC，該AGC/AVC裝置內(nèi)設(shè)有儲能控制和出力分派模塊。
具體實施方式
，可以總結(jié)為圖9所示的長中短期出力規(guī)劃。電網(wǎng)調(diào)度側(cè)部署智能 調(diào)度單元、風(fēng)電場部署風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)以及風(fēng)電場現(xiàn)場部署的有功協(xié)調(diào)控制裝置AGC和無 功協(xié)調(diào)控制裝置AVC。電網(wǎng)調(diào)度側(cè)的智能調(diào)度單元通過獲取風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)上報的風(fēng)電場 發(fā)電能力計劃，將風(fēng)功率預(yù)測、風(fēng)電計劃、檢修計劃等功能與傳統(tǒng)EMS中火電計劃、水電計 劃、機組組合、交換計劃、燃料計劃、負荷預(yù)測、自動發(fā)電控制等有機的結(jié)合成一個整體，并 最終產(chǎn)生風(fēng)電場的長期出力規(guī)劃。智能調(diào)度下達給風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)的長期出力規(guī)劃，經(jīng)出力分派模塊合理分解為各 機組出力目標值，并按照SCADA通信周期(秒級)將這些目標值下達給AGC或AVC控制裝置 執(zhí)行，也就是中期出力規(guī)劃。根據(jù)實際風(fēng)場狀態(tài)，對同一長期規(guī)劃值，可不斷調(diào)整中期規(guī)劃， 即改變各機組出力目標值(秒級)，但保持全場出力總量不變。AGC或AVC接獲各機組中期出力規(guī)劃，在正常狀態(tài)下可直接據(jù)此執(zhí)行。但如果風(fēng)場 發(fā)生短期快速變化，而SCADA通信周期較長(秒級)，AGC和AVC可以根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整 各機組出力目標值(毫秒級)，但保持全場出力總量不變，即短期出力決策。一.風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)
風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)在具備傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能基礎(chǔ)上，還需要具備以下功能單 機設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)功率預(yù)測、發(fā)電能力統(tǒng)計；分別介紹如下 單機設(shè)備狀杰數(shù)據(jù)采集
單機設(shè)備的信息采集，包括風(fēng)機、發(fā)電機、變電站、氣象站等所有相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài) 及技術(shù)特性參數(shù)，如風(fēng)機轉(zhuǎn)速、漿距角、發(fā)電機有功和無功功率、變壓器狀態(tài)參數(shù)以及風(fēng)速 和溫度等，通過實時數(shù)據(jù)庫匯總以進行進一步的分析處理?，F(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測
根據(jù)氣象資料進行風(fēng)機現(xiàn)場的風(fēng)功率預(yù)測，例如24小時風(fēng)功率預(yù)測或短期風(fēng)功率預(yù) 測，作為風(fēng)機發(fā)電能力統(tǒng)計的輸入和依據(jù)。
發(fā)電能力統(tǒng)計
根據(jù)風(fēng)功率預(yù)測，結(jié)合每臺風(fēng)機和設(shè)備的技術(shù)特性，確定全場有功無功出力范圍。如圖 3所示，根據(jù)風(fēng)機的物理技術(shù)特性，當(dāng)風(fēng)機的有功出力確定時，其無功出力對應(yīng)有一個區(qū)間， 將這些區(qū)間范圍在有功出力的額定值內(nèi)疊加，可以得到如圖3所示的有功無功坐標系下的 區(qū)域(額定出力范圍)，如圖3坐標系中實線條標記。根據(jù)風(fēng)功率預(yù)測，在特定時域風(fēng)機由風(fēng) 功率決定的有功出力的最大范圍如圖坐標系中虛線所示，則虛線下的區(qū)域就是該風(fēng)機在特 定時域的出力范圍(發(fā)電能力)。所有單機的額定出力范圍以及預(yù)測發(fā)電能力經(jīng)統(tǒng)計匯總形 成機群或風(fēng)場的額定出力范圍以及預(yù)測發(fā)電能力，經(jīng)過這樣的逐級統(tǒng)計形成最終的全風(fēng)場 (群)的額定出力范圍和發(fā)電能力計劃，并上報給電網(wǎng)運行人員TSO。TSO根據(jù)電網(wǎng)運行需求 的分析，結(jié)合上報的風(fēng)場發(fā)電能力統(tǒng)計，指定風(fēng)場的運行點(setpoint)，該運行點應(yīng)該在發(fā) 電能力計劃區(qū)域之內(nèi)，如圖3所示。在整個發(fā)電能力統(tǒng)計過程中要注意以下幾點
-不同種類的風(fēng)機，其額定出力范圍的區(qū)域外形和特點可能完全不同，例如雙饋變速恒 頻風(fēng)力發(fā)電機具有容性和感性雙向的無功調(diào)節(jié)能力，而恒速感應(yīng)電機就不具備無功的調(diào)節(jié) 能力。-各種不同類型的無功補償裝置的調(diào)節(jié)特性也要統(tǒng)計，其無功調(diào)節(jié)能力也要體現(xiàn) 在相應(yīng)的出力范圍內(nèi)。-由于風(fēng)電場區(qū)域廣闊，其內(nèi)部的電氣網(wǎng)絡(luò)造成的有功和無功損耗往往不能忽略， 所以風(fēng)場并網(wǎng)點的出力范圍需要根據(jù)場內(nèi)電氣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)考慮相應(yīng)的有功和無功損耗。風(fēng)機啟停規(guī)劃
風(fēng)機啟停規(guī)劃與火電機組的機組組合相似，根據(jù)風(fēng)功率預(yù)測所得到的各風(fēng)機發(fā)電能力 的資源限制，以及預(yù)測電網(wǎng)對風(fēng)電場的發(fā)電需求、風(fēng)電場發(fā)電能力統(tǒng)計等，針對某一水平的 負荷，解決讓哪些機組投入運行，針對一天的負荷變化曲線，各機組應(yīng)該怎樣啟停。其目的 在于合理調(diào)度各機組，避免風(fēng)機的頻繁啟停，延長其使用壽命。風(fēng)機檢修維護計劃
根據(jù)風(fēng)功率預(yù)測、負荷預(yù)測選取經(jīng)濟指標或可靠性指標構(gòu)造優(yōu)化目標，確定時間、資源 等約束條件，尋求可行優(yōu)化的機組檢修計劃；機組檢修計劃要及時通報給發(fā)電能力統(tǒng)計和 出力分派模塊，使得統(tǒng)計發(fā)電能力和分派出力時排除機組檢修的影響?？筛鶕?jù)未來某一時 段的負荷預(yù)測評估電網(wǎng)發(fā)電的需求，確定檢修時間以及檢修人力和設(shè)備等約束條件，構(gòu)造 經(jīng)濟損失最小的最優(yōu)化函數(shù)來求解檢修計劃。二.執(zhí)行裝置
執(zhí)行裝置主要包括有功協(xié)調(diào)控制執(zhí)行裝置(AGC)和無功協(xié)調(diào)控制裝置(AVC)，以及低 電壓穿越執(zhí)行裝置。執(zhí)行裝置具有自己的主控單元和執(zhí)行機構(gòu)，以及與風(fēng)機等單機裝置的通信網(wǎng)絡(luò)， 它們可以與風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)進行通信并協(xié)調(diào)運行，但也可以獨自收集必要數(shù)據(jù)和信息獨立 運行。其中，有功和無功的協(xié)調(diào)控制執(zhí)行裝置具備出力分派功能，也具有儲能控制功能。其 功能具體描述如下
出力分派
當(dāng)調(diào)度給定風(fēng)場運行點，或進行頻率和電壓調(diào)整的控制量轉(zhuǎn)換成有功和無功的出力指 標后，需要將其轉(zhuǎn)換分派為具體每一臺風(fēng)機或無功補償裝置的出力目標值。出力分派實際上就是發(fā)電能力統(tǒng)計的逆過程，將調(diào)度指定或自動控制功能要求的風(fēng)場出力運行點分解分 派給各個風(fēng)電機組和無功補償裝置，該分派過程要考慮不同機組的運行狀態(tài)和裝置的調(diào)節(jié) 能力，以及損耗等經(jīng)濟指標，所以會有相應(yīng)的各種不同的分派算法，系統(tǒng)應(yīng)該提供以下不同 算法供用戶選擇. a.平均分派
這是最簡單的一種分派方式，各風(fēng)機的有功和無功出力相等，取全場總出力的平均
值
η是風(fēng)機總數(shù)。這種方法的優(yōu)點是簡單快速，但是因沒有考慮各種約束條件，可能造成 出力指標超出機組出力范圍。
b.按可出力能力比例分派
按照各機組有功無功出力的能力在風(fēng)場總出力能力的比例分配
Pjrjs.,為風(fēng)機i的有功和無功可出力能力；ρ:7為全場有功和無功可出力能力。 c.按剩余出力能力比例分派
按照各機組剩余的出力能力的比例分配，首先計算全場目標值與測量值之間的誤差
將誤差值作為校正量在各機組之間按照剩余出力能力的比例分派
d.等功率因數(shù)分派法
這種分配方式僅限于無功分配時，根據(jù)有功功率分布的比例來分派無功功率，以使得 各機組的功率因數(shù)相等
這樣，所有機組的功率因數(shù)都等于
e.最優(yōu)化分派法
最優(yōu)化分派法根據(jù)優(yōu)化的不同目標和要考慮的相關(guān)因素定義一個最優(yōu)化的目標函數(shù) 以及一系列的約束條件。例如以下的優(yōu)化目標函數(shù)
該優(yōu)化函數(shù)由三項構(gòu)成，第一項對應(yīng)并網(wǎng)點有功總出力與全場有功目標值的誤差，第 二項對應(yīng)并網(wǎng)點無功出力與全場無功出力目標值的誤差，第三項對應(yīng)的是由網(wǎng)損造成的有 功損耗。A、/^、/7,是權(quán)重系數(shù)，對于不同的應(yīng)用環(huán)境和目標可以調(diào)整這些權(quán)重系數(shù)以取得 不同的效果。f.不同類型機組與無功補償裝置的協(xié)調(diào)分派
在進行無功出力分派時，要考慮到部分老式風(fēng)力發(fā)電機可能不具備無功出力的調(diào)節(jié)能 力，而同時卻可能安裝有其它無功補償裝置，而這些補償裝置的出力特點可能不同，所以相 關(guān)出力分派時要注意不同無功電源之間的協(xié)調(diào)配合。不同類型的機組間也可以相互支持， 例如雙饋恒頻變速發(fā)電機(DFIG)可以對鄰近的恒速感應(yīng)發(fā)電機(FSIG)提供無功支持。儲能控制系統(tǒng)
由于自然條件的限制，風(fēng)力的變化往往頻繁劇烈，按照傳統(tǒng)捕獲最大風(fēng)能方式控制的 風(fēng)電機組，其相應(yīng)的有功輸出也會產(chǎn)生高頻劇烈的振蕩。而電網(wǎng)對于風(fēng)電場并網(wǎng)的規(guī)約往 往限制有功輸出在單位時間內(nèi)的變化率，甚至可能指定風(fēng)電場的總輸出在某一時段維持不 變。如果沒有變槳調(diào)節(jié)的配合，完全依靠儲能系統(tǒng)實現(xiàn)平滑以及追蹤調(diào)度指令，即使能夠?qū)?現(xiàn)，所需的儲能系統(tǒng)的容量十分巨大，成本高昂。相反，如果只依靠變槳調(diào)節(jié)來平滑和追蹤 調(diào)度指令，由于風(fēng)輪葉片機械慣性巨大，其應(yīng)對高頻功率振蕩的能力不足。如果儲能與變槳 協(xié)調(diào)分工，由儲能系統(tǒng)發(fā)揮其反應(yīng)迅速的優(yōu)勢來補償功率高頻振蕩，而剩余的低頻分量由 變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)應(yīng)對，則可各盡所長。因為只需應(yīng)對高頻分量的振蕩，而無需長時間存儲或釋 放電能，儲能系統(tǒng)所需的容量可以大大減少，節(jié)約成本。相應(yīng)的，因只需要應(yīng)對低頻分量，變槳系統(tǒng)也避免了過于頻繁的動作，且調(diào)節(jié)效果良好。為實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與風(fēng)機變漿的協(xié)調(diào)，儲能控制系統(tǒng)的部署如圖6所示，其控制框 圖如圖7所示，圖中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)以拉氏變換后的頻域函數(shù)表示。風(fēng)機輸出的總有功 功率經(jīng)過一個一階慣性濾波器后作為儲能控制的目標值，與風(fēng)機實際輸出有功經(jīng)比較得差 值作為儲能系統(tǒng)的輸出值。按照各參數(shù)的時域關(guān)系，控制算法可按照以下關(guān)系表達
a.設(shè)t時刻的風(fēng)電場輸出功率為G(t)，則t時刻平滑目標00(t)的計算如下 00{t) = a(U) + Q-a) 00{t-l)(12)
其中1/{1+Τ/Δ t)為一階濾波系數(shù)，Γ為濾波時間常數(shù)，」t為采樣周期。b. t時刻儲能系統(tǒng)的輸出功率基值為
Ho(t) =00(t) ~G(t)(13)
正值為放電，負值為充電。c. t時刻實際風(fēng)機和儲能系統(tǒng)輸出功率總量為
0(t) =B(t) +Git)(14)
其中為儲能控制系統(tǒng)接受/// )輸出功率命令后實際執(zhí)行后儲能系統(tǒng)實際輸出 功率。如圖6所示，我們有0⑴就是在 時刻的數(shù)值。風(fēng)機變槳控制系統(tǒng)在風(fēng)電場出口處測量獲得/^浴( )入將其與風(fēng)場指定出力 Pref比較獲得變槳調(diào)節(jié)的控制量
AP=Pmf-Ptotd(15)
為防止變槳的頻繁調(diào)節(jié)，可設(shè)置一個限值判斷環(huán)節(jié)，設(shè)定一個限值巧，只有當(dāng)I > Λ變槳系統(tǒng)才參與調(diào)節(jié)。對于儲能系統(tǒng)的控制，雖然給出了理論上儲能系統(tǒng)的輸出功率，但由于儲能系統(tǒng) 的容量有限，充放電功率也有限，為保證電池系統(tǒng)的安全，SOC的充放電存在上下限的約束， 所以根據(jù)實際儲能系統(tǒng)的控制框圖，其改進如下
t時刻向儲能系統(tǒng)下達的輸出功率//⑴在公式(13)基礎(chǔ)上再添加一個修正量力作) Hit) =Ho{t) +hit)(16)
修正量力作)的表達式為
h{t) = A (SOC ~ a SOC ~ m) = A{{\~a)SOC - m) (17) 其中J為反饋增益系數(shù)，〃為傾斜系數(shù)， 為邊界修正量由邊際比率I決定。SOC (State Of Charge)為電池充電狀態(tài)，表示電池的電量水平。該方法的核心思想是在平滑的充放電需求與保持電池電量不越限之間進行平衡， 在電池輸出功率慫( )之上，根據(jù)電池電量的當(dāng)前狀態(tài)加入一個修正量力( )。簡單的說，就 是當(dāng)電池電量越靠近上限時，就比實際需求多釋放一點電能；當(dāng)電池電量越靠近下限時，就 比實際需求多吸收一點電能。這樣，使得在控制過程中電池電量始終處于上下限值之間，合 成輸出的功率也不會產(chǎn)生突然振蕩。圖8中，二 S將電池電量水平S等值的映射到軸上，而7 =a SOC + 將電 池電量狀態(tài)5·映射到_7軸上《到萬_ 的區(qū)間上，也就是我們希望電池電量不要逾越的范 圍。在 時刻的S狀態(tài)下，= SOC與尸a SOC + 之間的差值就是修正量力( )。由 圖可見，很顯然，力( )滿足離S上限越近正值越大，即更多的釋放電量；離5·下限越近 負值越小，即更多的儲存電能。
三.智能調(diào)度單元
部署在調(diào)度側(cè)的智能調(diào)度單元，與傳統(tǒng)的EMS相結(jié)合，將風(fēng)功率預(yù)測、風(fēng)力發(fā)電計劃、 風(fēng)機啟停規(guī)劃和風(fēng)機檢修計劃模塊與傳統(tǒng)發(fā)電控制系統(tǒng)的機能有機結(jié)合在一起，如圖10 所示。各模塊功能說明如下 調(diào)度風(fēng)功率預(yù)測
該調(diào)度風(fēng)功率預(yù)測是與現(xiàn)場風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測相獨立的系統(tǒng)，主要用于校驗風(fēng)電場上 報的發(fā)電能力統(tǒng)計并作為智能調(diào)度單元進行風(fēng)力發(fā)電計劃和校驗風(fēng)電機組啟停規(guī)劃的依 據(jù)，并參與到EMS發(fā)電計劃的迭代過程中。雖然水文預(yù)測在EMS中屬于中期規(guī)劃，但由于風(fēng) 能的特殊性，風(fēng)功率預(yù)測屬于短期規(guī)劃，需要為系統(tǒng)的實時運行提供可靠的依據(jù)。有功協(xié)調(diào)控制
根據(jù)調(diào)度需求，有功出力可總結(jié)為以下幾種方式 a.平衡控制
平衡控制將風(fēng)電場有功出力根據(jù)調(diào)度指令逐步上調(diào)或下調(diào)至一個恒定值，如圖4所
7J\ οb.備用控制
根據(jù)最大有功出力能力，風(fēng)電場被要求保持一定的恒定的備用容量，以便參與頻率調(diào) 節(jié)，如圖5所示。c.限制爬坡率
根據(jù)電網(wǎng)并網(wǎng)的技術(shù)指標(Grid codes)，限制全場有功出力相對于時間的變化率，以 便保持電網(wǎng)電源與負荷的平衡，避免有功過快的波動和震蕩。d.擁塞管理
由于線路傳輸容量的限制，電網(wǎng)出現(xiàn)擁塞時，電網(wǎng)調(diào)度需要對電源出力和潮流進行調(diào) 節(jié)。根據(jù)風(fēng)電場發(fā)電能力計劃，向風(fēng)電場下達有功出力調(diào)節(jié)的指令。e.利用備用容量進行一次調(diào)頻
隨著風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)電源中不斷增長和替代傳統(tǒng)同步發(fā)電機，電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性不 可避免的發(fā)生改變。與傳統(tǒng)同步發(fā)電機組的一次調(diào)頻相似，風(fēng)電機組也可以按照以下方式 根據(jù)頻率變化改變出力
(19)
Pt為風(fēng)機功率，/、_為給定風(fēng)速下最大發(fā)電功率，為額定頻率下風(fēng)機功率，s=5%。
與此相似，如果將整個風(fēng)場看做一臺發(fā)電機，為全風(fēng)場規(guī)定相似的頻率特性
(20)
可以根據(jù)全場風(fēng)機特性的統(tǒng)計，折算出風(fēng)場的頻率特性Λ^。
根據(jù)以上計算得出的全場出力參考值，經(jīng)過出力分派分配給各個風(fēng)機執(zhí)行。
f.利用風(fēng)機儲存的動能進行一次調(diào)頻
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生因突然失去有功支持而產(chǎn)生的頻率跌落，風(fēng)機可以利用其旋轉(zhuǎn)部件的動能 轉(zhuǎn)化為有功出力，為電網(wǎng)提供短暫的(幾秒)有功支持。風(fēng)機儲存的動能可以計算為
/為風(fēng)機轉(zhuǎn)子慣量，‘為其轉(zhuǎn)速。
其慣性常數(shù)為
S為風(fēng)機額定視在功率。//可以大致體現(xiàn)其僅使用動能提供額定功率的時間。g. 二次調(diào)頻
與一次調(diào)頻不同，二次調(diào)頻需要根據(jù)調(diào)度的指令調(diào)節(jié)有功出力以達到區(qū)域平衡和無差 調(diào)節(jié)，其本質(zhì)就是執(zhí)行調(diào)度特定的有功出力的指令。無功協(xié)調(diào)控制
根據(jù)調(diào)度需求，有功出力可總結(jié)為以下幾種方式 a.指定無功輸出
調(diào)度直接向風(fēng)電場下達指定的無功出力指標。b.自動電壓控制
自動電壓控制根據(jù)指定的電壓指標，對指定的受控母線電壓Vmeas (一般為風(fēng)電場并
網(wǎng)點電壓)進行檢測，經(jīng)比較其差值計算控制電壓所需求的全場無功出力β;。在獲得電壓偏差后，采用無功對電壓變化的敏感系數(shù)來確定無功需求。
敏感系數(shù)主要由與風(fēng)電場連接的地區(qū)電網(wǎng)決定，可以手動選擇，也可以根據(jù)較長時期 內(nèi)由兩個電壓和無功的采樣點來計算
(24)
則電壓控制所需求的無功變化量為
全場無功出力指標為
在獲得全場無功出力指標后，再經(jīng)由出力分派模塊等過程與前文敘述一致。
16
c.控制遠端負荷母線電壓
如果以遠端負荷附近的母線電壓為控制目標，可以根據(jù)輸電線路的阻抗估算電壓的降 落，并將其修正在并網(wǎng)點電壓指標上，以此進一步支持系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)
(27)
其中Ρ";是遠端受控母線的電壓指標，^ss是傳輸線路造成的電壓降落。
風(fēng)力發(fā)電計劃
風(fēng)力發(fā)電計劃作為EMS發(fā)電計劃程序的一個子模塊，與火電計劃和水電計劃相似，根 據(jù)風(fēng)電場上報的發(fā)電能力統(tǒng)計以及調(diào)度風(fēng)功率預(yù)測的校驗，作為一種可計劃可控制的電 源，根據(jù)系統(tǒng)負荷預(yù)測以及其它電源的計劃特性，經(jīng)過全網(wǎng)發(fā)電計劃的迭代生成與風(fēng)電場 承擔(dān)的責(zé)任相對應(yīng)的發(fā)電計劃曲線。由于這一曲線的生成中集成了各風(fēng)機及設(shè)備自身的發(fā) 電和調(diào)節(jié)能力的信息統(tǒng)計，加之風(fēng)電場現(xiàn)場執(zhí)行裝置的協(xié)調(diào)調(diào)度，使得其執(zhí)行有了充分保 障，系統(tǒng)不會出現(xiàn)與計劃曲線劇烈的振蕩和偏離，從而達到了提高風(fēng)電場供電質(zhì)量和提高 并網(wǎng)小時數(shù)的目的。
權(quán)利要求
一種風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，該協(xié)調(diào)控制方法步驟如下(1)采集風(fēng)電場中單機設(shè)備信息，包括風(fēng)機、發(fā)電機、變電站、氣象站相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)及技術(shù)特征參數(shù)；(2)對采集的全場單機設(shè)備信息和現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測信息進行匯總，進行發(fā)電能力統(tǒng)計；(3)綜合分析風(fēng)電場的現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測、檢修計劃和發(fā)電能力統(tǒng)計信息生成發(fā)電能力計劃，并將該發(fā)電能力計劃和調(diào)度風(fēng)功率預(yù)測信息上報給電網(wǎng)調(diào)度TSO；(4)電網(wǎng)調(diào)度TSO根據(jù)上報的全場發(fā)電能力計劃、全網(wǎng)運行和控制的需要，選擇相應(yīng)的有功、無功協(xié)調(diào)控制方式；(5)根據(jù)采集的并網(wǎng)點或公共連接點測量值判斷電網(wǎng)處于正常穩(wěn)態(tài)或事故狀態(tài)； (6)若處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，則屏蔽低電壓穿越功能，將所選有功、無功控制策略轉(zhuǎn)化為風(fēng)電場特定時刻有功、無功出力的確切目標值；并將目標值下達給AGC/AVC執(zhí)行裝置，由儲能控制和出力分派模塊通過與風(fēng)電場實測出力值進行比較，根據(jù)協(xié)調(diào)調(diào)度原則，轉(zhuǎn)化為對各機組、儲能裝置以及無功補償裝置的具體目標值，并下達給各機組和設(shè)備執(zhí)行；(7)若處于電網(wǎng)事故狀態(tài)，則屏蔽有功無功的協(xié)調(diào)控制，啟動低電壓穿越功能，維持機組并網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述步驟(2)全場的 場是指對應(yīng)于同一個并網(wǎng)點或公共連接點的所有機組的集合，在組織機構(gòu)上屬于同一個風(fēng) 場或是多個風(fēng)場的集群。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述步驟(2)中發(fā)電 能力統(tǒng)計信息是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測，結(jié)合每臺風(fēng)機和設(shè)備的技術(shù)特性，確定全場有功無 功出力范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述步驟(3)中檢修 維護計劃是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測、負荷預(yù)測選取經(jīng)濟指標或可靠性指標構(gòu)造優(yōu)化目標，確 定時間、資源等約束條件，尋求可行優(yōu)化的機組檢修計劃，該機組檢修計劃及時通報給發(fā)電 能力統(tǒng)計和出力分派模塊，使得統(tǒng)計發(fā)電能力和分派出力時排除機組檢修的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述步驟(3)中發(fā)電 能力計劃的生成還根據(jù)風(fēng)機啟停規(guī)劃，該風(fēng)機啟停規(guī)劃是根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)功率預(yù)測所得到的各 風(fēng)機發(fā)電能力的資源限制，以及預(yù)測電網(wǎng)對風(fēng)電場的發(fā)電需求、風(fēng)電場發(fā)電能力統(tǒng)計等，針 對某一水平的負荷，解決讓哪些機組投入運行，針對一天的負荷變化曲線，各機組應(yīng)該怎樣 啟停。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟(6)中有 功協(xié)調(diào)控制方式包括平衡控制將風(fēng)電場有功出力根據(jù)調(diào)度指令逐步上調(diào)或下調(diào)至一個恒定值；備用控制根據(jù)最大有功出力能力，風(fēng)電場被要求保持一定的恒定的備用容量，以便參 與頻率調(diào)節(jié)；限制爬坡率根據(jù)電網(wǎng)并網(wǎng)的技術(shù)指標，限制全場有功出力相對于時間的變化率；擁塞管理根據(jù)風(fēng)電場發(fā)電能力計劃，向風(fēng)電場下達有功出力調(diào)節(jié)的指令；利用備用容量進行一次調(diào)頻風(fēng)電機組按照以下方式根據(jù)頻率變化改變出力Pt為風(fēng)機功率，/、_為給定風(fēng)速下最大發(fā)電功率，Pro為額定頻率下風(fēng)機功率，s=5% ； 如果將整個風(fēng)場看做一臺發(fā)電機，為全風(fēng)場規(guī)定相似的頻率特性 可以根據(jù)全場風(fēng)機特性的統(tǒng)計，折算出風(fēng)場的頻率特性Kwf ； 利用風(fēng)機儲存的動能進行一次調(diào)頻風(fēng)機儲存的動能計算為 M = 1 Jm2 τ為rain.拄平榴景.2為苴拄諫.二次調(diào)頻根據(jù)調(diào)度的指令調(diào)節(jié)有功出力以達到區(qū)域平衡和無差調(diào)節(jié)，本質(zhì)是執(zhí)行調(diào) 節(jié)特定的有功出力的指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟(6)中無功 協(xié)調(diào)控制方式包括指定無功輸出調(diào)度直接向風(fēng)電場下達指定的無功出力指標； 自動電壓控制根據(jù)指定的電壓指標U，對指定的受控母線電壓Vmeas進行檢測，經(jīng)比較其差值計算控制電壓所需求的全場無功出力β;在獲得電壓偏差后，采用無功對電壓變化的敏感系數(shù)來確定無功需求； 敏感系數(shù)主要由與風(fēng)電場連接的地區(qū)電網(wǎng)決定，可以手動選擇或者則電壓控制所需求的無功變化量為 全場無功出力指標為 控制遠端負荷母線電壓根據(jù)輸電線路的阻抗估算電壓的降落，并將其修正在并網(wǎng)點 電壓指標上，以此進一步支持系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié) =『；其中『7是遠端受控母線的電壓指標，Ktes是傳輸線路造成的電壓降落。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于所述步驟(6)出力分 派包括平均分派、按可出力能力比例分派、按剩余出力能力比例分派、等功率因數(shù)分派、最 優(yōu)化分派、不同類型機組與無功補償裝置的協(xié)調(diào)分派、儲能系統(tǒng)與風(fēng)機變漿協(xié)調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)與變 漿協(xié)調(diào)是風(fēng)機輸出的總有功功率經(jīng)過一個一階慣性濾波器后作為儲能控制的目標值，與風(fēng) 機實際輸出有功經(jīng)比較得差值作為儲能系統(tǒng)的輸出值，按照各參數(shù)的時域關(guān)系，控制關(guān)系 表達式如下(1)設(shè) 時刻的風(fēng)電場輸出功率為G(t)，則t時刻平滑目標00(t)的計算如 下必⑴ 根據(jù)較長時期內(nèi)由兩個電壓和無功的采樣點來計算其中1/{1+Τ/Δ t)為一階濾波系數(shù)，Γ為濾波時間常數(shù)，」t為采樣周期；(2) 時刻儲能系統(tǒng)的輸出功率基值為戎/U= O0 (t) ~ G{t)，正值為放電，負值為充電；(3) 時刻實際風(fēng)機和儲能系統(tǒng)輸出功率總量為細=B(t)+ G(t)，其中召作」為 儲能控制系統(tǒng)接受/// )輸出功率命令，實際執(zhí)行后儲能系統(tǒng)實際輸出功率，(Kt) %Ptotal 在t時刻的數(shù)值；風(fēng)機變槳控制系統(tǒng)在風(fēng)電場出口處測量獲得/^m矽( )入將其與風(fēng)場指定出力/^,比 較獲得變槳調(diào)節(jié)的控制量..AP=Pref- Ptotal ，設(shè)定限值Λ，只有當(dāng)I」PI > Pt變槳 系統(tǒng)才參與調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)與風(fēng) 機變漿協(xié)調(diào) 時刻向儲能系統(tǒng)下達的輸出功率//⑴添加一個修正量力㈦//⑴=H0{t) + h{t)；修正量力作)的表達式為h{t) = A (SOC ~ α SOC ~ m) = A{{\~a)SOC - m)，其中J為反饋增益系數(shù)，α為傾斜系數(shù)， 為邊界修正量由邊際比率I決定，SOC 為電池充電狀態(tài)，表示電池的電量水平。全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)電場并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方法，屬于風(fēng)電場并網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域；風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制就是單機設(shè)備信息的采集、風(fēng)電場對采集信息的分析和電網(wǎng)調(diào)度對信息的應(yīng)用；本發(fā)明根據(jù)風(fēng)機、風(fēng)場和電網(wǎng)三級聯(lián)合協(xié)調(diào)的框架，完整的實現(xiàn)了各級各環(huán)節(jié)的功能和相互協(xié)調(diào)關(guān)系，從而使風(fēng)電場整體對于電網(wǎng)呈現(xiàn)出傳統(tǒng)發(fā)電廠的運行和調(diào)控特性，減少其對于電網(wǎng)的沖擊和影響，甚至為電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓等提供必要的支持；本發(fā)明站在全局和宏觀的角度，通過現(xiàn)代通信和分析計算技術(shù)能力的支持，利用橫向整體和縱向整體的聯(lián)合協(xié)調(diào)和相互支持，消除或降低風(fēng)機個體的缺陷和負面影響，從而使風(fēng)電場整體呈現(xiàn)出對于電網(wǎng)的友好特性，提高其并網(wǎng)運行小時數(shù)，大大提高經(jīng)濟效益。
文檔編號H02J3/38GK101931241SQ201010288719
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者呂志來, 薛飛, 雷憲章 申請人:許繼集團有限公司;北京許繼電氣有限公司