專利名稱：風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，特別涉及一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)。
背景技術：
公用電網(wǎng)通常要根據(jù)電網(wǎng)負載情況調節(jié)電網(wǎng)上各電力源的輸出功率，其中風電場也是調節(jié)對象之一。風電場通常擁有數(shù)量較多的風力發(fā)電機。風電場的功率輸出受單個風機處的風況影響較大。當前，我國北方地區(qū)由于用電負載較少，通常要對風電場輸出功率進行限制。然而，當前風電場對于功率限制的通常做法是，接到電網(wǎng)調度的指令后，通過手動停止風機來 調節(jié)風電場的輸出功率。該方法在一定程度上可以滿足電網(wǎng)調度的要求。但是，頻繁的啟停對于風力發(fā)電機(簡稱風機)組載荷影響較大，同時，還會影響風機的風能捕獲以及風電場的度電成本。因此，需要一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，在滿足電網(wǎng)調度要求的情況下，保證風機的最大風能捕獲。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)指令自動調節(jié)風機的輸出功率，在滿足電網(wǎng)調度要求的情況下保證風機的最大風能捕獲。本發(fā)明所采用的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明提供一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其包括風力發(fā)電系統(tǒng)、中壓輸電網(wǎng)、升壓站、公用電網(wǎng)、功率傳感器、中央控制器和電網(wǎng)調度系統(tǒng)，所述風力發(fā)電系統(tǒng)是包括多個風機的風電場，所述風力發(fā)電系統(tǒng)與所述中壓輸電網(wǎng)連接，所述升壓站將所述中壓輸電網(wǎng)的電壓提升后接入所述公用電網(wǎng)，所述功率傳感器監(jiān)測所述風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率并傳輸給所述中央控制器，所述中央控制器接收所述電網(wǎng)調度系統(tǒng)的輸出功率指令，根據(jù)輸出功率指令和監(jiān)測的輸出功率產生輸出功率變化率信號，通過位于所述風力發(fā)電系統(tǒng)與所述中央控制器之間的通訊鏈路將輸出功率變化率信號發(fā)送給所述多個風機從而改變每臺風機的一個或多個運行參數(shù)。優(yōu)選地，所述風機包括葉片、發(fā)電機和變壓器。優(yōu)選地,所述輸出功率變化率幅值小于風電場輸出功率變化率設定,也小于單臺風機的功率變化率設定。優(yōu)選地，所述風機運行參數(shù)包括發(fā)電機功率、發(fā)電機轉矩、葉片槳距。優(yōu)選地，所述功率傳感器測量風電場的輸出功率并安裝于所述升壓站的出口。優(yōu)選地，所述中央控制器通過所述通訊鏈路與單個所述風機通訊。優(yōu)選地，所述中央控制器通過所述通訊鏈路與所述電網(wǎng)調度系統(tǒng)通訊。優(yōu)選地,所述通訊鏈路可以是Internet、以太網(wǎng)、GSM/CDMA。優(yōu)選地，還包括風機控制系統(tǒng)，其接收輸出功率變化率信號并調整控制參數(shù)。
優(yōu)選地，在額定功率以下，通過調節(jié)發(fā)電機轉矩指令以調節(jié)輸出功率；在額定功率以上，通過調節(jié)槳距指令以調節(jié)輸出功率。本發(fā)明的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)指令自動調節(jié)風機的輸出功率，在滿足電網(wǎng)調度要求的情況下保證風機的最大風能捕獲。


圖I是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)的結構示意圖2是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)輸出功率變化率控制示意圖3是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)中的雙饋風機組的結構示意圖。
具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明，使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。下面結合附圖對本發(fā)明的風力發(fā)電機組結冰控制裝置及控制方法的具體實施例進行詳細說明。圖I是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)的結構示意圖，圖2是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)輸出功率變化率控制示意圖，圖3是本發(fā)明實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)中的雙饋風機組的結構示意圖，結合圖I至圖3，本發(fā)明具體實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其包括風力發(fā)電系統(tǒng)、中壓輸電網(wǎng)6、升壓站7、公用電網(wǎng)8、功率傳感器9、中央控制器10和電網(wǎng)調度系統(tǒng)11，風力發(fā)電系統(tǒng)是包括多個風機2的風電場1，風力發(fā)電系統(tǒng)與中壓輸電網(wǎng)6連接，升壓站7將中壓輸電網(wǎng)6的電壓提升后接入公用電網(wǎng)8，功率傳感器9監(jiān)測風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率并傳輸給中央控制器10，中央控制器10接收電網(wǎng)調度系統(tǒng)11的輸出功率指令，根據(jù)輸出功率指令和監(jiān)測的輸出功率產生輸出功率變化率信號，通過位于風力發(fā)電系統(tǒng)與中央控制器10之間的通訊鏈路12將輸出功率變化率信號發(fā)送給多個風機2從而改變每臺風機2的一個或多個運行參數(shù)。本發(fā)明具體實施例中，風機2包括葉片3、發(fā)電機4和變壓器5，輸出功率變化率幅值小于風電場輸出功率變化率設定，也小于單臺風機的功率變化率設定，風機2的運行參數(shù)包括發(fā)電機功率、發(fā)電機轉矩、葉片槳距，功率傳感器9測量風電場I的輸出功率并安裝于升壓站7的出口。中央控制器10通過通訊鏈路12與單個風機2、電網(wǎng)調度系統(tǒng)11通訊，通訊鏈路12可以是Internet、以太網(wǎng)、GSM/CDMA。。本發(fā)明具體實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)中，還包括風機控制系統(tǒng)20，其接收輸出功率變化率信號并調整控制參數(shù)。優(yōu)選地，在額定功率以下，通過調節(jié)發(fā)電機轉矩指令以調節(jié)輸出功率；在額定功率以上，通過調節(jié)槳距指令以調節(jié)輸出功率。風力發(fā)電機2所產生的電能經過變壓器5后接入中壓輸電網(wǎng)6。升壓站7將中壓輸電網(wǎng)6的電壓提升后接入公用電網(wǎng)8。本發(fā)明實施中，風電場I包括一個風場控制系統(tǒng)，其由一個中央控制器10和功率傳感器9組成。功率傳感器9用于測量風電場I的輸出功率。中央控制器10用于監(jiān)控風電場I的輸出功率變化率。中央控制器10通過通訊接收來自于電網(wǎng)調度系統(tǒng)11的輸出功率指令。中央控制器10通過通訊鏈路12與單個風力發(fā)電機通訊。如圖2所示，功率傳感器9測量風電場I的實時輸出功率(Pn)，根據(jù)電網(wǎng)調度系統(tǒng)11的輸出功率指令(Po)，在節(jié)點13處計算誤差e，誤差e經過微分器14得到功率變化率。經過限幅器15產生需求功率變化率(R1)。限幅器的幅度(Rf)為風電場I的最大功率變化率或者電網(wǎng)給定的最大功率變化率。需求功率變化率R1通過P1控制環(huán)節(jié)16和限幅器17，產生功率變化率信號(R2)。功率變化率信號(R2)將應用于風電場I內的每一臺風機。限幅器17的幅度(Rt)為風機最大功率變化率，這個值通常為風機制造商設定。如圖3所示，發(fā)電機包括定子繞組22和轉子繞組21。其中定子繞組22接入電網(wǎng)6，轉子繞組21接入變流器19。變流器19向轉子繞組21提供勵磁，通過改變轉子繞組21勵磁，控制發(fā)電機氣隙轉矩。變流器19提供的勵磁來源于風機控制系統(tǒng)20所發(fā)送的轉矩指令。轉矩指令通常是發(fā)電機轉速的函數(shù)，調整轉矩指令可以使風機在當前風速下獲得最佳性能。眾所周知，發(fā)電機輸出功率是發(fā)電機轉速和發(fā)電機轉矩的函數(shù)。轉速確定的情況下，可以調整轉矩以保持發(fā)電機功率變化率。風機控制系統(tǒng)20可以通過調整槳距以控制發(fā) 電機轉速。本發(fā)明具體實施例中，在額定功率以下，調節(jié)發(fā)電機轉矩以調節(jié)輸出功率；在額定功率以上，調整槳距以調節(jié)發(fā)電機轉速，最終調節(jié)輸出功率。本發(fā)明具體實施例中，變化率控制方法產生的功率變化率信號(R2)發(fā)送到風電場I的每臺風機，風機控制系統(tǒng)20接收功率變化率信號(R2)，并調整控制參數(shù)。在額定功率以下，通過調節(jié)發(fā)電機轉矩指令以調節(jié)輸出功率；在額定功率以上，通過調節(jié)槳距指令以調節(jié)輸出功率。本發(fā)明具體實施例的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)中，通過風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)控制風電場的輸出功率，使其滿足電網(wǎng)調度的要求。風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)通過通訊接收來自于電網(wǎng)調度系統(tǒng)的輸出功率指令，然后向風機發(fā)送變化率信號以改變風機運行參數(shù)并控制其輸出功率。本發(fā)明的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)指令自動調節(jié)風機的輸出功率，在滿足電網(wǎng)調度要求的情況下保證風機的最大風能捕獲。在以上的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是以上描述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受上面公開的具體實施的限制。同時任何熟悉本領域技術人員在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng),其特征在于,包括風力發(fā)電系統(tǒng)、中壓輸電網(wǎng)、升壓站、公用電網(wǎng)、功率傳感器、中央控制器和電網(wǎng)調度系統(tǒng)，所述風力發(fā)電系統(tǒng)是包括多個風機的風電場，所述風力發(fā)電系統(tǒng)與所述中壓輸電網(wǎng)連接，所述升壓站將所述中壓輸電網(wǎng)的電壓提升后接入所述公用電網(wǎng)，所述功率傳感器監(jiān)測所述風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率并傳輸給所述中央控制器，所述中央控制器接收所述電網(wǎng)調度系統(tǒng)的輸出功率指令，根據(jù)輸出功率指令和監(jiān)測的輸出功率產生輸出功率變化率信號，通過位于所述風力發(fā)電系統(tǒng)與所述中央控制器之間的通訊鏈路將輸出功率變化率信號發(fā)送給所述多個風機從而改變每臺風機的一個或多個運行參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風機包括葉片、發(fā)電機和變壓器。
3.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出功率變化率幅值小于風電場輸出功率變化率設定，也小于單臺風機的功率變化率設定。
4.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風機運行參數(shù)包括發(fā)電機功率、發(fā)電機轉矩、葉片槳距。
5.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述功率傳感器測量風電場的輸出功率并安裝于所述升壓站的出口。
6.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制器通過所述通訊鏈路與單個所述風機通訊。
7.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制器通過所述通訊鏈路與所述電網(wǎng)調度系統(tǒng)通訊。
8.根據(jù)權利要求7所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊鏈路可以是Internet、以太網(wǎng)、GSM/CDMA。
9.根據(jù)權利要求I所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括風機控制系統(tǒng)，其接收輸出功率變化率信號并調整控制參數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其特征在于，在額定功率以下，通過調節(jié)發(fā)電機轉矩指令以調節(jié)輸出功率；在額定功率以上，通過調節(jié)槳距指令以調節(jié)輸出功率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種風電場輸出功率自動控制系統(tǒng)，其包括風力發(fā)電系統(tǒng)、中壓輸電網(wǎng)、升壓站、公用電網(wǎng)、功率傳感器、中央控制器和電網(wǎng)調度系統(tǒng)，風力發(fā)電系統(tǒng)是包括多個風機的風電場，風力發(fā)電系統(tǒng)與所述中壓輸電網(wǎng)連接，升壓站將中壓輸電網(wǎng)的電壓提升后接入公用電網(wǎng)，功率傳感器監(jiān)測風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率并傳輸給中央控制器，中央控制器接收電網(wǎng)調度系統(tǒng)的輸出功率指令，根據(jù)輸出功率指令和監(jiān)測的輸出功率產生輸出功率變化率信號，通過位于風力發(fā)電系統(tǒng)與中央控制器之間的通訊鏈路將輸出功率變化率信號發(fā)送給多個風機從而改變每臺風機的一個或多個運行參數(shù)。本發(fā)明在滿足電網(wǎng)調度要求的情況下保證風機的最大風能捕獲。
文檔編號F03D7/00GK102828908SQ20121029992
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權日2012年8月22日
發(fā)明者潘愛華, 王安正, 于長生, 舒晶 申請人:南京風電科技有限公司