專利名稱：風電場有功功率的協調控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風電場有功功率的協調控制方法，屬于風電場并網控制技術領域。
背景技術：
風電場對系統頻率的影響取決于風電場短路容量比，即風電場額定容量與該風電 場與電力系統的連接點的短路容量之比。當短路比較大時，風電場輸出有功功率的隨機波 動性對電網頻率的影響會比較顯著。目前國內風電場的風力發(fā)電機處在一種“自由運行”狀 態(tài)，其控制原則是風能利用最大化，其發(fā)出的有功功率完全由天氣狀況決定不受人工控制， 由于風能的波動性所造成的風電機組的發(fā)電功率輸出的波動性也非常大。大規(guī)模風場的接 入系統，特別是區(qū)域性電網，其對系統頻率等產生的影響將會變得嚴重。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種風電場有功功率的協調控制方法，來協調風電機組所發(fā) 的有功功率，實現整個風電場有功功率控制。為實現上述目的，本發(fā)明的風電場有功功率的協調控制方法步驟如下
(1)測量得到并網點有功功率《砠，根據負荷要求設定風電場并網點有功功率設定值
，將有功功率測量值與有功功率設定值 的差值記為有功功率偏差值if'；
(2)風電場并網點頻率測量值與給定目標頻率/^進行比較，將所得差值的絕對值 記為頻率偏差當頻率偏差小于頻差閾值時，頻率偏差i/計為0，則返回起點；當頻 率偏差4/大于頻差閾值時，進入Kd模塊計算有功功率頻率調整目爾f, = A/ 其 中，S是頻率對有功功率的敏感度；
(3)將有功功率偏差值與有功功率頻率調整目標比較，數值大者記為偏差 AP,偏差M與設定死區(qū)閾值比較，偏差^！5小于設定死區(qū)閾值時計為0，返回起點；偏差 么P大于設定死區(qū)閾值時，則進入增量計算模塊
dp
(4)在增量計算模塊中，在給定調整時間內，先計算風電場有功功率的變化率——,
再設定調整周期2_，計算出調整時間內有功功率增量if/]7,并作為PI調節(jié)模塊的輸入 量；
(5)有功功率增量經過PI調節(jié)模塊的PI調節(jié)和延時限幅模塊的限幅和延時后， 輸出調整時間內的有功功率值其中PI調節(jié)模塊中PI調節(jié)控制器的調整幅度為
和分別為有功功率瞬時測量值，和與有功功率瞬時測量值對應的有功功率 參考值，T為微積分常數，T越大積分作用越弱；
(6)將風電場實時區(qū)域預測風功率fw、PR…經過求和模塊后，將求和總量與
有功功率值^ 比較，輸出風電場輸出總功率
m
配系數，
當
時，
wt
,其中n為可調區(qū)域數，『為功率區(qū)域調解分
D
為區(qū)域調整系數，
當^
(7)將風電場輸出總功率值輸入功率分配模塊，轉換成等風功率區(qū)域的功率
調整指令= ！m&2 ■ ■ ■向所屬區(qū)域發(fā)送輸入功率參考值，改變其
相應有功功率輸出；
(8)在發(fā)出調漿指令并經過調整周期T后，再次比較偏差&和設定死區(qū)閾值，如果 偏差iiP小于設定死區(qū)閾值，則本次調整周期結束；如果贏P大于設定死區(qū)閾值，則再次返 回調整周期直至結果收斂。進一步的，所述步驟(1)中有功功率偏差值4P'是有功功率測量值^ a經過延時模 塊后與有功功率設定值々的差值。 進一步的，所述步驟(2)中頻率對有功功率的敏感度 進一步的，所述步驟(7)中整個風電場輸出參考值轉換成等功率區(qū)域風機的
輸入功率參考值是采用等功率機群控制方式，根據風電場中風電機組排列位置和 風速狀況，把風電機組劃分為若干群，同一機群采用相同的控制方式。進一步的，所述步驟(7)中當+ …時,=1,此時所有風機按
最大方式即風槳在最大迎風面狀態(tài)，運行輸出總功率值 對于同一等功率機群，若有n臺風機，該機群總的有功功率輸出參 考值 為每臺風機的輸入功率參考值，則風電場該機群輸出功率參考值爿_ 與每臺風機的輸入功率參考值P ( .=1,2,， )之間的轉換關系為= 風電場按實時等功率機群控制，每一個機群為一個調節(jié)系數，輸出相同的功率。
dp本發(fā)明求得偏差A 以及功率超標趨勢——后，將調整周期內的有功功率波動超
額值并將其作為PI的輸入，并經過延時限幅模塊后輸出新的有功功率目標值
，再與風功率預測總量值比較后，得出風電場輸出總功率并按照相應的區(qū)域調整系 數，向所述區(qū)域發(fā)送輸入功率參考值，改變其相應有功功率輸出。本協調控制方法在控制過 程中，既保證允許最多的風機運行，又實現功率自動控制的目的，綜合考慮風電場各臺風機 的運行狀況以及各種制約因素，根據調度指令自動調節(jié)風電場風機的有功輸出、協調控制， 形成對風機有功功率的智能協調控制。本發(fā)明把單一的單機最大風能利用控制方法解環(huán)嵌 入了風場整體協調控制，使得風機具有了可調度的裕度，風機不再呈自由狀態(tài)向電網輸送 功率，從而最大限度的平抑風能的不穩(wěn)定給電網造成的負荷波動，這種平抑作用將釋放電 網更多的空間，其有效輸送負荷能力將得到提高；同時，由于有功調解運算在預測風能的基 礎上，風機的自我保護也將從被動調槳或解列式變?yōu)橹鲃宇A防式，不但可有效增加風機運 行效率，也將對減少對電網的沖擊和對風機運行也起到了積極的保護。本發(fā)明改變風電機 組各自為主的閉環(huán)調節(jié)情況，從電網的角度將風電場中的各個獨立機組視為一個可協調節(jié) 整體的部件，調動各機組可調功能平抑風能不穩(wěn)定所帶來的風電場有功功率輸出不穩(wěn)定。
圖1是本發(fā)明有功功率協調控制系統的原理框圖； 圖2是本發(fā)明風電場有功功率控制邏輯框圖3是本發(fā)明風電場有功功率協調控制流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的控制系統原理框圖如圖1所示，風電場變電站SCADA系統從調度接到負 荷指令，該負荷指令由調度根據風電場長期預測(年測)并結合本時段負荷下達。調度指令 一般在風電場風能預測(月測)30%——60%范圍內。變電站SCADA系統將指令下發(fā)給風電 場協調控制系統，風電場協調控制系統根據由風電場SCADA系統上傳的風電場風能(10秒 內測)適時參數，按風能裕量大小對處于不同位置(風機位置是指等風能線所圈定的范圍) 的風電機組分別下達調節(jié)指令。結合圖2、圖3說明本發(fā)明的風電場有功功率的協調控制方法，步驟如下
(1)測量得到并網點有功功率根據負荷要求設定風電場并網點有功功率設定值
將有功功率測量值經過延時模塊1后與有功功率設定值的差值記為有功功率
6偏差值△P'；(2)風電場并網點頻率測量值Jrm皿與給定目標頻率Jrm進行比較，將所得差值的絕對值 記為頻率偏差△f,當頻率偏差△f小于頻差閾值時，頻率偏差△f計為0，則返回起點；當頻 率偏差△f大于頻差閾值時，進入Kd模塊2計算有功功率頻率調整目標△Pf，
，其中，
是頻率對有功功率的敏感度，與風電場所處電網位置和電網當時運行方式有 關，可從電網調度常年統計數據獲得；(3)將有功功率偏差值△P'與有功功率頻率調整目標△Pf比較，數值大者記為偏差 △a,偏差△P與設定死區(qū)閾值比較，偏差△P小于設定死區(qū)閾值時計為o，返回起點；偏差△a大于設定死區(qū)閾值時，則進入增量計算模塊3 ；(4)在增量計算模塊3中，在給定調整時間內，先計算風電場有功功率的變化率dp/dt，再設定調整周期Tdj，計算出調整時間內有功功率增量△FIT,并作為PI調節(jié)模塊4的輸 入量；
(5)有功功率增量經過PI調節(jié)模塊4的PI調節(jié)和延時限幅模塊5的限幅和延時 后，輸出調整時間內的有功功率值F,Qws其中PI調節(jié)模塊4中PI調節(jié)控制器的調整幅度為β，
Pmin(r)rmj(t)分別為有功功率瞬時測量值，和與有功功率瞬時測量值對應的有功功率 參考值，T為微積分常數，T越大積分作用越弱；
(6)將風電場實時區(qū)域預測風功率Fw1、Pw3…Pwn經過求和模塊6后，將求和總量
與有功功率值比較，輸出風電場輸出總功率Pvc，out
其中n為可調區(qū)域數，K為功率區(qū)域調解分
配系數，當Pw1+Pw2≥Pcout時，
，Km為區(qū)域調整系數，
；當Pw1+Pw2+……≥Pn時，K1=1；(7)將風電場輸出總功率輸入功率分配模塊7，轉換成等風功率區(qū)域的功率 調整指令
向所屬區(qū)域發(fā)送輸入功率參考值，改變其 相應有功功率輸出，當
,此時所有風機按最大方式即風槳在 最大迎風面狀態(tài)，運行輸出總功率值+
(8)在發(fā)出調漿指令并經過調整周期T后，再次比較偏差么P和設定死區(qū)閾值，如果偏 差⑩小于設定死區(qū)閾值，則本次調整周期結束；如果么P大于設定死區(qū)閾值，則再次返回 調整周期直至結果收斂。步驟(7)中整個風電場輸出參考值轉換成等功率區(qū)域風機的輸入功率參考
值^是采用等功率機群控制方式，根據風電場中風電機組排列位置和風速狀況，把風 電機組劃分為若干群，同一機群采用相同的控制方式。風電場按實時等功率機群控制，每一個機群為一個調節(jié)系數，輸出相同的功率。 需參與有功功率調整的風機是處于實時等功率風能區(qū)域的風機機群，如果風電場中各臺風 電機組型號相同，并且處于相同的運行狀態(tài)，則整個風電場的特性就與單機特性基本一致， 各臺機組可以采用相同的控制策略。如果風電場機組類型不一致，或風電場分布范圍較廣， 那么各臺風電機組將處于不同的運行狀態(tài)。在這種情況下可以采用機群控制的方法，具體 而言就是根據風電場中風電機組排列位置和風速狀況，把風電機組劃分為若干群，同一機 群可以采用相同的控制策略。結合風電場風機的部署情況、分群情況以及風機本省的運行工況，基本原則是同 一機群可滿足調節(jié)要求的，本次只在本機群內進行調節(jié)，下一輪調節(jié)周期內再按照輪流值 班的原則對其他機群進行調節(jié)。對于同一等功率機群，若有n臺風機，<^__ 為該機群總的有功功率輸出參考值， 為每臺風機S勺輸A功率參考值，則風電場i亥機群輸出功率參考與每臺風機
的輸入功率參考值P ,( .=1，2，…，)之間的轉換關系為:
權利要求
一種風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)測量得到并網點有功功率 ，根據負荷要求設定風電場并網點有功功率設定值，將有功功率測量值與有功功率設定值的差值記為有功功率偏差值；(2)風電場并網點頻率測量值與給定目標頻率進行比較，將所得差值的絕對值記為頻率偏差，當頻率偏差小于頻差閾值時，頻率偏差計為0，則返回起點；當頻率偏差大于頻差閾值時，進入Kd模塊計算有功功率頻率調整目標，，其中，S是頻率對有功功率的敏感度； (3)將有功功率偏差值與有功功率頻率調整目標比較，數值大者記為偏差，偏差與設定死區(qū)閾值比較，偏差小于設定死區(qū)閾值時計為0，返回起點；偏差大于設定死區(qū)閾值時，則進入增量計算模塊；(4)在增量計算模塊中，在給定調整時間內，先計算風電場有功功率的變化率，再設定調整周期,計算出調整時間內有功功率增量，并作為PI調節(jié)模塊的輸入量；(5)有功功率增量經過PI調節(jié)模塊的PI調節(jié)和延時限幅模塊的限幅和延時后，輸出調整時間內的有功功率值 ，其中PI調節(jié)模塊中PI調節(jié)控制器的調整幅度為β, ，，,分別為有功功率瞬時測量值，和與有功功率瞬時測量值對應的有功功率參考值，T為微積分常數，T越大積分作用越弱；(6)將風電場實時區(qū)域預測風功率、…，經過求和模塊后，將求和總量與有功功率調整參考值比較，當時，輸出風電場輸出總功率，，其中n為可調區(qū)域數，為功率區(qū)域調解分配系數，，為區(qū)域調整系數，；當時，；所有風機按最大方式(風槳在最大迎風面狀態(tài))；(7)將風電場輸出總功率值輸入功率分配模塊，轉換成等風功率區(qū)域的功率調整指令、...向所屬區(qū)域發(fā)送輸入功率參考值，改變其相應有功功率輸出；(8)在發(fā)出調漿指令并經過調整周期T后，再次比較偏差和設定死區(qū)閾值，如果偏差小于設定死區(qū)閾值，則本次調整周期結束；如果大于設定死區(qū)閾值，則再次返回調整周期直至結果收斂。2010101724708100001dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image002a.jpg,dest_path_image004a.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image012a.jpg,dest_path_image012aa.jpg,dest_path_image012aaa.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image006a.jpg,dest_path_image014a.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image018a.jpg,dest_path_image018aa.jpg,dest_path_image018aaa.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,dest_path_image032.jpg,dest_path_image034.jpg,dest_path_image036.jpg,dest_path_image038.jpg,dest_path_image040.jpg,dest_path_image026a.jpg,dest_path_image042.jpg,dest_path_image026aa.jpg,dest_path_image044.jpg,dest_path_image046.jpg,dest_path_image048.jpg,dest_path_image050.jpg,dest_path_image052.jpg,dest_path_image054.jpg,dest_path_image056.jpg,dest_path_image058.jpg,dest_path_image060.jpg,dest_path_image062.jpg,dest_path_image018aaaa.jpg,dest_path_image018aaaaa.jpg,dest_path_image018aaaaaa.jpg
2.根據權利要求1所述的風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于所述步驟(1)中有功功率偏差值Af'是有功功率測量值經過延時模塊后與有功功率設定值&的差值。
3.根據權利要求1或2所述的風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于所述步驟(2)中頻率對有功功率的敏感度 。
4.根據權利要求3所述的風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于所述步驟(7) 中整個風電場輸出參考值轉換成等功率區(qū)域風機的輸入功率參考值是采用等 功率機群控制方式，根據風電場中風電機組排列位置和風速狀況，把風電機組劃分為若干 群，同一機群采用相同的控制方式。
5.根據權利要求4所述的風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于所述步驟(7) 中當…時，&, = 1，此時所有風機按最大方式即風槳在最大迎風面狀態(tài)， 運行輸出總功率值= Pm + Prn +…。
6.根據權利要求5所述的風電場有功功率的協調控制方法，其特征在于對于 同一等功率機群，若有n臺風機，^^ 為該機群總的有功功率輸出參考值，為每臺風機的輸入功率參考值，則風電場該機群輸出功率參考值^“一^與每臺風機的輸入功率參考值P (.=1,2,…，)之間的轉換關系為
7.根據權利要求6所述的風電場有功功率協調控制方法，其特征在于，風電場按實時 等功率機群控制，每一個機群為一個調節(jié)系數，輸出相同的功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及風電場有功功率的協調控制方法，首先求得有功功率波動超額值，并與功率超標趨勢作為邏輯控制器的輸入、輸出超額偏差值；然后與功率頻率偏差值的差值作為PI控制器的輸入，最后輸出風電場電機有功參考值；本發(fā)明把單一的單機最大風能利用控制方法解環(huán)嵌入了風場整體協調控制，使得風機有可調度的裕度，從而最大限度的平抑風能的不穩(wěn)定給電網造成的負荷波動，這種平抑作用將釋放電網更多的空間，其有效輸送負荷能力將得到提高；由于有功調解運算在預測風能的基礎上，風機的自我保護也從被動調槳或解列式變?yōu)橹鲃宇A防式，不但有效增加風機運行效率，也對減少對電網的沖擊和對風機運行也起到了積極的保護。
文檔編號H02J3/38GK101860042SQ201010172470
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者盧潤東, 呂志來, 吳曉明, 張聰, 曹辰, 朱穎, 王炯, 薛飛, 陸一川, 雷憲章 申請人:許繼集團有限公司;北京許繼電氣有限公司