一種風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)有功功率優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電及電力調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)有功功 率優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)容量和規(guī)模都不斷擴(kuò)大，風(fēng)電在電網(wǎng) 中的滲透率不斷提高，風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性、隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行造成的影響也愈加明顯， 需要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力進(jìn)行有效控制。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)控制作為電力系統(tǒng)調(diào)度和風(fēng)電機(jī)組單機(jī)控 制系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)環(huán)節(jié)，以單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為調(diào)控對(duì)象，根據(jù)調(diào)度側(cè)發(fā)出的功率要求實(shí)時(shí)地調(diào) 控風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的各臺(tái)機(jī)組的出力，使風(fēng)電場(chǎng)輸出功率達(dá)到調(diào)度要求。而在實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)調(diào) 度對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行功率控制最常見(jiàn)的情景是為防止風(fēng)電場(chǎng)輸出功率超過(guò)線路容量而對(duì)風(fēng)電 場(chǎng)進(jìn)行降功率控制，因此，研究降功率情景下風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)控制系統(tǒng)的控制策略和功率分 配算法，提高風(fēng)電場(chǎng)的可調(diào)度性顯得尤為必要。
[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已從多個(gè)角度進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一定成果，關(guān)于 風(fēng)電調(diào)度方面的公開文獻(xiàn)主要有：電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(24) :28-32,公開基于機(jī)組 狀態(tài)分類的風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制策略中，根據(jù)風(fēng)機(jī)所處風(fēng)速和故障情況將風(fēng)機(jī)分為六類， 進(jìn)而提出功率分配預(yù)處理算法和機(jī)組功率分配算法，分別實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)升降功率控制；電 力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32 (8): 101-105,風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率的協(xié)調(diào)分配策略中，根據(jù)風(fēng) 機(jī)出力特性和運(yùn)行狀態(tài)將風(fēng)機(jī)分為四類，并給出了降功率時(shí)機(jī)組按類調(diào)節(jié)策略；電子科技 大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，40(6) :882-886,風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制降功率優(yōu)化算法中，以風(fēng)機(jī)切機(jī) 數(shù)量最小為目標(biāo)，將風(fēng)機(jī)分為可控和不可控機(jī)組，制定了風(fēng)電場(chǎng)降功率控制算法；中國(guó)電 力，2011，44(2) :74-77,基于超短期風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)發(fā)電控制中，基于超短期 風(fēng)功率預(yù)測(cè)并借鑒火電機(jī)組等耗量微增率理論，建立了風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)發(fā)電控制模型；電網(wǎng)技 術(shù)，2013，37(4) :960-966,基于優(yōu)先順序法的風(fēng)電場(chǎng)限出力有功控制策略中，以實(shí)現(xiàn)最大 風(fēng)能利用的同時(shí)避免風(fēng)機(jī)頻繁啟停為目標(biāo)，提出風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)并使用優(yōu)先順序法對(duì)風(fēng) 機(jī)運(yùn)行指標(biāo)排序，得出風(fēng)電場(chǎng)限出力有功控制策略；陜西電力，2012，40(6) 考慮 網(wǎng)損的風(fēng)電場(chǎng)有功功率分配方法中考慮網(wǎng)損因素，以風(fēng)電場(chǎng)有功功率損耗最小為目標(biāo)建立 了風(fēng)電場(chǎng)有功分配模型；中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(34)，采用功率預(yù)測(cè)信息的風(fēng)電場(chǎng) 有功優(yōu)化控制方法中基于超短期風(fēng)功率預(yù)測(cè)并考慮不同風(fēng)速區(qū)間風(fēng)機(jī)出力調(diào)節(jié)能力的的 差異，建立了以平滑各機(jī)組出力并減少機(jī)組控制系統(tǒng)的動(dòng)作次數(shù)為目標(biāo)的風(fēng)電場(chǎng)有功調(diào)度 優(yōu)化模型；華東電力，2011，（9) :1419-1423,計(jì)及系統(tǒng)調(diào)頻需求的風(fēng)電場(chǎng)有功調(diào)控策略 研究中，根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速定義機(jī)組參與調(diào)節(jié)因子，以避免機(jī)組頻繁啟停為目的按高、低風(fēng)速區(qū) 間分別討論了升、降功率算法，提出風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制策略；中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014， (34)，采用機(jī)組風(fēng)速信息動(dòng)態(tài)分類的風(fēng)電場(chǎng)有功控制策略中，從風(fēng)電場(chǎng)參與系統(tǒng)調(diào)頻控制 的角度建立了避免機(jī)組頻繁啟停的風(fēng)電場(chǎng)分層控制結(jié)構(gòu)。
[0004] 以上文獻(xiàn)為風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)有功控制研究奠定了基礎(chǔ)，但仍存在如下不足需改進(jìn)： (1)基于機(jī)組狀態(tài)分類的文獻(xiàn)中，風(fēng)機(jī)分類標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于單一，難以做到針對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的不同運(yùn) 行特性進(jìn)行具體分析，導(dǎo)致功率分配算法繁瑣且可操作性差；（2)建立風(fēng)機(jī)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo) 并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是一種有效可行的方法，但已有文獻(xiàn)在指標(biāo)選擇中未具體考慮風(fēng)機(jī)在功率 調(diào)節(jié)過(guò)程中引起的機(jī)械損耗和風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)速時(shí)功率調(diào)節(jié)能力差異，且評(píng)價(jià)方法較簡(jiǎn)單， 無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)各臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率調(diào)節(jié)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是建立一種風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)有功功率 優(yōu)化方法，它是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0006] -種風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)有功功率優(yōu)化方法，其特征在于其具有以下依次進(jìn)行的步驟： 一、形成風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)降功率控制策略，所述控制策略基本實(shí)現(xiàn)步驟如下： 步驟一、建立風(fēng)電機(jī)組功率調(diào)節(jié)指標(biāo)： (1)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)容量指數(shù)。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)容量是風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前出力與最小技術(shù)出力的差值，差 值越大表示該風(fēng)機(jī)所貢獻(xiàn)的降功率值越大，應(yīng)該首先被調(diào)控降出力。得到風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)容量指 數(shù)表達(dá)式為：
式中，為風(fēng)機(jī)i調(diào)節(jié)容量，S為機(jī)組i當(dāng)前出力，life為機(jī)組i的 最小技術(shù)出力，一般取風(fēng)機(jī)切入風(fēng)速時(shí)對(duì)應(yīng)的有功功率值。
[0007] (2)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)速率指數(shù)。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)速率指數(shù)用于綜合評(píng)價(jià)變槳距型風(fēng)電機(jī)組在功 率調(diào)節(jié)時(shí)的調(diào)節(jié)速率和機(jī)械損耗大小關(guān)系。根據(jù)風(fēng)速和槳距角的關(guān)系，定義風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)速率 為，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)速率指數(shù)表達(dá)式為：
(3) 風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間指數(shù)。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間指數(shù)用于平衡一定時(shí)間內(nèi)各臺(tái)風(fēng)機(jī)控制器的動(dòng) 作次數(shù)，功率調(diào)控時(shí)，距上一次控制器動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)應(yīng)首先被調(diào)控。記當(dāng)前時(shí)刻各臺(tái) 風(fēng)機(jī)距上次控制器動(dòng)作的時(shí)間為_|，運(yùn)行時(shí)間指數(shù)表達(dá)式為：
(4) 風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)功率調(diào)節(jié)指數(shù)。由于風(fēng)電場(chǎng)功率控制系統(tǒng)得出的是下一控制周期內(nèi)各臺(tái) 風(fēng)機(jī)的功率設(shè)定值，所以功率預(yù)測(cè)會(huì)影響風(fēng)機(jī)動(dòng)作與否。在降功率控制中，預(yù)測(cè)功率升高的 機(jī)組應(yīng)該首先被控制降出力來(lái)產(chǎn)生較大的功率降幅，減少機(jī)組動(dòng)作的臺(tái)數(shù)。預(yù)測(cè)功率調(diào)節(jié) 指數(shù)表達(dá)式為：
式中，為為風(fēng)電機(jī)組i的預(yù)測(cè)調(diào)節(jié)容量，1一 U為機(jī)組I下-控 制周期預(yù)測(cè)出力值。
[0008] 步驟二、熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重： 熵值法是一種根據(jù)各指標(biāo)信息載量的大小來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重的方法，當(dāng)某一指標(biāo)在各評(píng) 估對(duì)象中的差異較大時(shí)，說(shuō)明其包含的信息量多、對(duì)系統(tǒng)地分辨能力強(qiáng)，應(yīng)賦予較大權(quán)重。 熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重按如下步驟實(shí)現(xiàn)： (1)構(gòu)造決策矩陣動(dòng)。
[0009] (2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第|臺(tái)風(fēng)機(jī)的特征比重:
式中，= 1^14。
[0010] (3)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值%，熵值表示所有風(fēng)機(jī)對(duì)第j項(xiàng)指標(biāo)的貢獻(xiàn)總量： 式中，常數(shù)I二?，以保證賴％
[0011] (4)計(jì)算第^項(xiàng)指標(biāo)的差異性系數(shù)§|，差異性系數(shù)緩I表示第j項(xiàng)指標(biāo)下各風(fēng)機(jī)貢 獻(xiàn)度的不一致性：
(5)確定權(quán)重系數(shù)_，經(jīng)歸一化后權(quán)重系數(shù)%表示為：
步驟三：TOPSIS方法綜合評(píng)價(jià)： T0PSIS法又稱優(yōu)劣解距離法，是一種逼近于理想解的排序方法，只要求各因素具有單 調(diào)性，其通過(guò)檢測(cè)評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)解、最劣解距離來(lái)對(duì)備選方案排序，若某一備選方案最靠 近最優(yōu)解又最遠(yuǎn)離最劣解，就為最優(yōu)方案。該方法是多目標(biāo)決策分析中一種常用的有效方 法。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： (1)構(gòu)造規(guī)范化決策矩陣歲。
_2]式中，
hUdpUV。
[0013] (2)構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣H
[0014] 其中，由每列最大元素組成的向量稱為正理想點(diǎn)，由每列最小元素組成的向 量稱為負(fù)理想點(diǎn)。
[0015] (3)計(jì)算對(duì)正負(fù)理想點(diǎn)的歐氏距離：
(4)計(jì)算各臺(tái)風(fēng)機(jī)的相對(duì)接近度C3 : ：4
將各臺(tái)風(fēng)機(jī)按照相對(duì)接近度由大到小排序，得到風(fēng)機(jī)功率調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)序列 ，各風(fēng)機(jī)按照該序列順序重新編號(hào)。
[0016] 二、風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)降功率優(yōu)化分配算法 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)降功率控制分為切機(jī)和不切機(jī)兩種情況。由于切停風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī) 械損耗，所以在滿足電網(wǎng)調(diào)度側(cè)功率要求的前提下，應(yīng)盡量避免切停風(fēng)機(jī)。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)站級(jí)降 功率優(yōu)化分配算法按照如下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一：構(gòu)造切機(jī)判別公式如下。
[0017] 式中，
是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)前時(shí)刻所能下降的最大功率； - &是電網(wǎng)調(diào)度要求風(fēng)電場(chǎng)下降的功率值。
[0018] 步驟二：不切機(jī)降功率優(yōu)化分配算法 當(dāng)么時(shí)，執(zhí)行該步驟