風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法
【專利摘要】風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法。本發(fā)明建立了以調(diào)節(jié)容量參數(shù)、調(diào)節(jié)速度參數(shù)、機(jī)組利用小時(shí)數(shù)參數(shù)組成的調(diào)節(jié)指標(biāo)，根據(jù)調(diào)節(jié)指標(biāo)的大小建立包含全部風(fēng)電機(jī)組的限出力控制表，再根據(jù)各風(fēng)電機(jī)組槳距角與調(diào)節(jié)指標(biāo)大小的關(guān)系、各風(fēng)電機(jī)組短期預(yù)測(cè)功率與調(diào)節(jié)指標(biāo)之間的關(guān)系修正各風(fēng)電機(jī)組在限出力控制表中的位置，隨后基于實(shí)際應(yīng)限出力的大小與限出力控制表確定參調(diào)風(fēng)電機(jī)組，確定參與限出力控制的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量以及各參調(diào)風(fēng)電機(jī)組的降出力限值，根據(jù)降出力限值控制各風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行限出力控制，本發(fā)明避免了風(fēng)電機(jī)組的頻繁啟停，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大利用以及對(duì)風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)。
【專利說明】風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性，不能提供穩(wěn)定的發(fā)電功率，其并網(wǎng)發(fā)電給電網(wǎng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了一定的沖擊和挑戰(zhàn)。為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，調(diào)度人員往往需要 在運(yùn)行控制中留有較大的安全裕度。然而，隨著風(fēng)電大規(guī)模的集中開發(fā)并網(wǎng)，僅僅通過電網(wǎng) 調(diào)節(jié)將愈加困難。隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量的增加，風(fēng)電場(chǎng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，能夠根據(jù)電網(wǎng) 調(diào)度部門指令控制有功功率輸出，以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能利用、避免風(fēng)電場(chǎng)頻繁啟停。頻繁啟停對(duì) 風(fēng)電機(jī)組壽命影響非常大，不僅增加了風(fēng)電機(jī)組的磨損及運(yùn)行費(fèi)用，而且受技術(shù)水平限制， 風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)節(jié)響應(yīng)速率也有一定的限制。因此，有必要設(shè)計(jì)一種通過調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組控制系 統(tǒng)來進(jìn)行出力限制，使出力在可控范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組出力控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種避免頻繁啟停風(fēng)電機(jī)組、通過控制 系統(tǒng)控制有功功率輸出，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大利用以及對(duì)風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)。
[0004] 本發(fā)明所提供的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] (1)獲取風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)：獲取各風(fēng)電機(jī)組在當(dāng)前控制 周期初始時(shí)刻的輸出功率值Ρ Μ，當(dāng)前控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值P〇，各風(fēng)電機(jī)組 的當(dāng)前控制周期初始時(shí)刻槳距角，控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值h，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì) 劃限值P plan，各風(fēng)電機(jī)組的額定功率；當(dāng)前控制周期結(jié)束時(shí)刻的預(yù)測(cè)風(fēng)速，風(fēng)電場(chǎng)所在地的 實(shí)時(shí)氣溫、氣壓、濕度，獲取各風(fēng)電機(jī)組的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，即在一定時(shí)段內(nèi)實(shí)際發(fā)電量折 合為額定容量的運(yùn)行小時(shí)數(shù)Ti，以及各風(fēng)電機(jī)組最大利用小時(shí)數(shù)T。等；
[0006] (2)建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可限出力機(jī)組的限出力控制表，具體為：
[0007] (21)計(jì)算風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)容量PTi以及調(diào)節(jié)容量參數(shù)ZPTi :
[0008] 所述調(diào)節(jié)容量是指當(dāng)前控制周期內(nèi)在不停機(jī)的情況下風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)通過主 動(dòng)調(diào)節(jié)能夠達(dá)到的最大降出力值：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組限出力控制方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 獲取風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)：獲取各風(fēng)電機(jī)組在當(dāng)前控制周期 初始時(shí)刻的輸出功率值ΡΜ，當(dāng)前控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值P〇,各風(fēng)電機(jī)組的當(dāng) 前控制周期初始時(shí)刻槳距角，控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值h，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃限 值P plan，各風(fēng)電機(jī)組的額定功率；當(dāng)前控制周期結(jié)束時(shí)刻的預(yù)測(cè)風(fēng)速，風(fēng)電場(chǎng)所在地的實(shí)時(shí) 氣溫、氣壓、濕度，獲取各風(fēng)電機(jī)組的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，即在一定時(shí)段內(nèi)實(shí)際發(fā)電量折合為 額定容量的運(yùn)行小時(shí)數(shù)Ti，以及各風(fēng)電機(jī)組最大利用小時(shí)數(shù)T。等； (2) 建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可限出力機(jī)組的限出力控制表，具體為： (21) 計(jì)算風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)容量PTi以及調(diào)節(jié)容量參數(shù)ZPTi : 所述調(diào)節(jié)容量是指當(dāng)前控制周期內(nèi)在不停機(jī)的情況下風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)通過主動(dòng)調(diào) 節(jié)能夠達(dá)到的最大降出力值：
式中：ΡΜ為控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組i的輸出功率值，Pmaxi為控制周期內(nèi)風(fēng)電機(jī)組 i可調(diào)最大降出力值，Pt>為風(fēng)電機(jī)組i的最小技術(shù)出力值，Pu為運(yùn)行在Cp恒定區(qū)的風(fēng)電 機(jī)組限出力控制最小有功出力值，且P" = (l-kd^OP^kd為常數(shù)；PBi為風(fēng)電機(jī)組i由 定區(qū)運(yùn)行至轉(zhuǎn)速恒定區(qū)時(shí)的有功出力值為風(fēng)電機(jī)組i降出力控制后達(dá)到最低運(yùn)行點(diǎn) 時(shí)的有功出力值且? 1 -1 %)ρβ,;
式中：Pbase為風(fēng)電機(jī)組i的額定調(diào)節(jié)容量;m為常數(shù)，當(dāng) 設(shè)定風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)容量PTi = PBikd時(shí)，定義調(diào)節(jié)容量參數(shù)=1 *且PTi/Pbase;每增減 1 %，其調(diào)節(jié)容量參數(shù)ZPTi相應(yīng)增減m% ; (22) 計(jì)算風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)速度Vi以及調(diào)節(jié)速度參數(shù): 通過風(fēng)電機(jī)組響應(yīng)測(cè)試確定調(diào)節(jié)速度，該調(diào)節(jié)速度是指風(fēng)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)響應(yīng)控 制命令的平均功率變化量：
> 式中：Δ/^為第1次測(cè)試期間風(fēng)電機(jī)組i 的出力變化值，ΔΙ/為風(fēng)電機(jī)組i第1次測(cè)試的響應(yīng)控制信號(hào)的時(shí)間，Μ為測(cè)試次數(shù)； 計(jì)算調(diào)節(jié)速度參數(shù)：
式中，Ρν_η為系統(tǒng)設(shè)定的風(fēng)電機(jī)組i單位 時(shí)間調(diào)節(jié)速度；PNi為風(fēng)電機(jī)組i的額定功率；η為常數(shù)，當(dāng)設(shè)定風(fēng)電機(jī)組i調(diào)節(jié)速度Vi = Pv n時(shí)，調(diào)節(jié)速度參數(shù)；=1?且Vi/PNi每增減1 % , &相應(yīng)增減n% ; (23) 計(jì)算風(fēng)電機(jī)組i的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)參數(shù)么： = 1 + 〃式中：T。為機(jī)組最大利用小時(shí)數(shù)；r為與最大機(jī)組利用小時(shí)數(shù)偏移量 相關(guān)的系數(shù)，即設(shè)定風(fēng)電機(jī)組i當(dāng)前時(shí)段內(nèi)機(jī)組利用小時(shí)數(shù)?\為0時(shí)，機(jī)組利用小時(shí)數(shù)參 數(shù)；=1，且凡/%每增加1%，&相應(yīng)增加 r% ; (24) 構(gòu)建風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)指標(biāo)Zi ;若風(fēng)電機(jī)組j的調(diào)節(jié)指標(biāo)大于風(fēng)電機(jī)組i的調(diào) 節(jié)指標(biāo)，則在限出力控制表中將風(fēng)電機(jī)組j的優(yōu)先級(jí)標(biāo)為k，那么風(fēng)電機(jī)組i的優(yōu)先級(jí)標(biāo) 為k+1，即優(yōu)先利用風(fēng)電機(jī)組j進(jìn)行限出力控制，依此構(gòu)建包含全部風(fēng)電機(jī)組的限出力控制 表，其中+6? +CZ.4，a、b、C 為常數(shù)，且 a+b+c = 1 ; (3) 對(duì)限出力控制表進(jìn)行修正，具體為： (31) 根據(jù)風(fēng)電機(jī)組槳距角與調(diào)節(jié)指標(biāo)大小修正限出力控制表：對(duì)于限出力控制表中 任意兩組風(fēng)電機(jī)組i、j，若Zi > Ζ」，β i > β」，且Ζ^Ζ」彡ε ( β廠β，則將機(jī)組j在限出 力控制表的位置更新到機(jī)組i前，即優(yōu)先利用風(fēng)電機(jī)組j進(jìn)行限出力控制，其中，ΖρΖ」分別 為機(jī)組i、j的調(diào)節(jié)指標(biāo)，β i、^分別為機(jī)組i、j控制周期初始時(shí)刻槳距角，ε為常數(shù)； (32) 根據(jù)風(fēng)電機(jī)組短期預(yù)測(cè)功率修正限出力控制表：對(duì)于限出力控制表中任意兩組 風(fēng)電機(jī)組i、j，若Zi > Ζ」，Λ Pfj > Λ Pfi > 0,且Ζ^Ζ」彡σ ( Λ Pfj- Λ Pfi)，則將機(jī)組j在限出 力控制表的位置更新到機(jī)組i前，即優(yōu)先利用風(fēng)電機(jī)組j進(jìn)行限出力控制，其中，ΖρΖ」分別 為機(jī)組i、j的調(diào)節(jié)指標(biāo)，σ為常數(shù)；AP fi、APfj分別為風(fēng)電機(jī)組i、j在當(dāng)前控制周期內(nèi)的 預(yù)測(cè)變出力；APfi = ΡΜ-Ρ,，式中，Pfi為風(fēng)電機(jī)組i在當(dāng)前控制周期結(jié)束時(shí)刻的預(yù)測(cè)功率，且
，式中，P為空氣密度，D為風(fēng)電機(jī)組i的 風(fēng)輪直徑，A為當(dāng)前控制周期結(jié)束時(shí)刻的預(yù)測(cè)風(fēng)速，C為風(fēng)輪功率系數(shù)，η i為風(fēng)電機(jī)組i傳 動(dòng)裝置的機(jī)械效率，η2為風(fēng)電機(jī)組i的發(fā)電機(jī)的機(jī)械效率，Η為氣溫，R為氣壓，S為濕度， ΡΜ為控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組i的輸出功率值； (4) 在風(fēng)電機(jī)組總調(diào)節(jié)容量滿足限出力要求時(shí)，S卩.
時(shí)，基于實(shí)際應(yīng)限出力的 大小與限出力控制表確定參調(diào)風(fēng)電機(jī)組，具體為：
進(jìn)行求解，確定參與限出力控制的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量，若存在J使
，則J為限出力控制參調(diào)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)目，降出力限值Λ Pk = PTi，k = 1， 2···，J-l ;第J臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的降出力限值為
*而其余風(fēng)電機(jī)組的降出力限值 APk = 〇，k = J+1，"·，Ν，Ν為風(fēng)電機(jī)組總量；k為1-N的常數(shù)，是相應(yīng)風(fēng)電機(jī)組在限出力控 制表中標(biāo)注的優(yōu)先級(jí)，i為1-N的常數(shù)，是優(yōu)先級(jí)為k的風(fēng)電機(jī)組所對(duì)應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組編號(hào)，N 為風(fēng)電機(jī)組總數(shù)；其中，Pd = PcrPplan，Ρ〇為控制周期初始時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力值，Pplan為風(fēng) 電場(chǎng)發(fā)電計(jì)劃限值； (5) 將APk(k= 1，…，刀作為降出力限值控制信號(hào)輸出至參調(diào)風(fēng)電機(jī)組，控制各風(fēng)電 機(jī)組進(jìn)行限出力控制。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104104106SQ201410264523
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】馬汝祥, 胡先慶, 崔偉偉, 趙云峰 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司阜寧縣供電公司, 阜寧恒源電氣實(shí)業(yè)有限公司