專利名稱：一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法。
背景技術(shù)：
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(lái)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(kāi)發(fā)并網(wǎng)，僅僅通過(guò)電網(wǎng)調(diào)節(jié)將愈加困難。此外，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》指出“風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門指令控制其有功功率輸出?！币虼?，如何主動(dòng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的有功出力進(jìn)行控制，改變現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)類似負(fù)荷的工作模式，優(yōu)化利用風(fēng)能資源，促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的提高，是電網(wǎng)和風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度人員都十分關(guān)心的課題。 其中，風(fēng)電場(chǎng)限電控制是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的主要問(wèn)題。風(fēng)電場(chǎng)限電控制一般是通過(guò)啟停風(fēng)電機(jī)組或者風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于風(fēng)電機(jī)組為機(jī)械設(shè)備，頻繁啟停風(fēng)電機(jī)組對(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。相比較而言，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行出力限制使出力在可控范圍內(nèi)，而且能夠較快地響應(yīng)控制信號(hào)。因此，風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行限電控制，有利于達(dá)到減小切機(jī)數(shù)量、避免機(jī)組頻繁起停和優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的目的。此外，目前有關(guān)風(fēng)電場(chǎng)的出力控制大多是按容量或出力預(yù)測(cè)比例分配，而很少?gòu)碾娋W(wǎng)調(diào)度要求以及機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)方面進(jìn)行考慮，也沒(méi)有形成一種完備的風(fēng)電場(chǎng)層功率自動(dòng)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中描述的風(fēng)電場(chǎng)限電控制一般的方法是通過(guò)啟停風(fēng)電機(jī)組或者風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組壽命影響非常大，還增加了風(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。本發(fā)明提出了一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法。一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法，其特征包括下列步驟步驟I :設(shè)計(jì)確定與風(fēng)電機(jī)組控制相關(guān)的參量；步驟2 :設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)的計(jì)算方案；步驟3 :建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電序列，確定風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電控制時(shí)的出力容量分配。步驟I中，風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能參量確定I)調(diào)節(jié)容量定義風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)容量為在不影響運(yùn)行的前提下風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)能夠達(dá)到的最大降出力值。
在確定調(diào)節(jié)容量的過(guò)程中，考慮風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制與槳距角控制在主動(dòng)限出力控制時(shí)效果不一致的問(wèn)題，本發(fā)明基于風(fēng)機(jī)本身運(yùn)行曲線進(jìn)行分析，根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的實(shí)際情況，在限出力控制中適當(dāng)改變風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行曲線，確定多個(gè)轉(zhuǎn)速恒定區(qū)段，在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確確定調(diào)節(jié)容量的同時(shí)擴(kuò)大調(diào)節(jié)容量范圍。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行曲線，機(jī)組i的調(diào)節(jié)容量Si可以表示為Si = P0 -max(P1,P2)(I)其中，P0為控制初始風(fēng)電機(jī)組i輸出有功功率值，P1為通過(guò)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)控制機(jī)組i能夠達(dá)到的理論最小出力值，P2為風(fēng)電機(jī)組i正常運(yùn)行最小允許技術(shù)出力值。2)調(diào)節(jié)速率定義風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)速率為反映風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在額定功率時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)控制信號(hào)的功率變化情況。該指標(biāo)主要與風(fēng)電機(jī)組槳距角最大動(dòng)作速率相關(guān)，其值可在機(jī)組 調(diào)試期間試驗(yàn)測(cè)定或由機(jī)組供應(yīng)商提供。設(shè)機(jī)組i在一定時(shí)間At內(nèi)響應(yīng)出力控制信號(hào)的變化，其出力變化APi,則機(jī)組i的調(diào)節(jié)速率Vi為= Af;/At(JJ3)響應(yīng)時(shí)間定義風(fēng)電機(jī)組的響應(yīng)時(shí)間是指是指從風(fēng)電機(jī)組接收到控制指令到機(jī)組產(chǎn)生實(shí)際動(dòng)作之間的時(shí)間。風(fēng)電機(jī)組的響應(yīng)時(shí)間可由機(jī)組調(diào)試期間試驗(yàn)測(cè)定或由機(jī)組供應(yīng)商提供。步驟2中，基于電力系統(tǒng)調(diào)度控制要求與歸一化方法，設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)的計(jì)算方案，風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)可由式(3)確定Ki = aKSi + bK r_ + cK τ(3)其中，KSj、Kyi和分別為機(jī)組i調(diào)節(jié)容量、調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時(shí)間的指數(shù)；a、b、c為各指數(shù)的權(quán)重系數(shù),且a+b+c=l。基于歸一化原理，參考電力系統(tǒng)調(diào)度控制要求，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)容量、調(diào)節(jié)速率以及響應(yīng)時(shí)間各參量的實(shí)際情況，可設(shè)定當(dāng)各參量達(dá)到控制要求基準(zhǔn)值時(shí)，各參量的指數(shù)為I. 0，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)各參量高于或低于此水平時(shí)，其指數(shù)作相應(yīng)調(diào)整。I)調(diào)節(jié)容量指數(shù)的確定當(dāng)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)容量達(dá)到額定容量SNi的第一設(shè)定比例時(shí)，設(shè)定調(diào)節(jié)容量指數(shù)KSi為I. O ;在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)容量指數(shù)的計(jì)算公式為Ks =1.0 + (Si / Sm - x%)* m(4)其中，X為第一設(shè)定比例，m為與調(diào)節(jié)容量偏移量有關(guān)的系數(shù)。2)調(diào)節(jié)速率指數(shù)的確定
當(dāng)機(jī)組每秒平均調(diào)節(jié)容量S,丨合好等于額定容量SNi的第二設(shè)定比例時(shí)，設(shè)定Kyi =1.0，在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)速率指數(shù)&的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法，其特征在于，包括下列步驟 步驟I :確定與風(fēng)電機(jī)組控制相關(guān)的參量； 步驟2 :設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)的計(jì)算方案； 步驟3 :建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電序列，確定風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電控制時(shí)的出力容量分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法，其特征在于，所述風(fēng)電機(jī)組控制相關(guān)的參量包括調(diào)節(jié)容量、調(diào)節(jié)速率和響應(yīng)時(shí)間；各個(gè)參量的確定過(guò)程為 1)調(diào)節(jié)容量 根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行曲線，機(jī)組i的調(diào)節(jié)容量Si可以表示為S = P0- max(P丨，P2)(I) 其中，P0為控制初始風(fēng)電機(jī)組i輸出有功功率值，P1為通過(guò)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)控制機(jī)組i能夠達(dá)到的理論最小出力值，P2為風(fēng)電機(jī)組i正常運(yùn)行最小允許技術(shù)出力值； 2)調(diào)節(jié)速率參量 設(shè)機(jī)組i在一定時(shí)間At內(nèi)響應(yīng)出力控制信號(hào)的變化，其出力變化Λ Pi,則機(jī)組i的調(diào)節(jié)速率Vi為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法，其特征在于，設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)的計(jì)算方案，風(fēng)電機(jī)組i的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)可由式(3)得到
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法，特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電序列的建立，并實(shí)現(xiàn)限電控制的步驟為 步驟①根據(jù)風(fēng)電機(jī)組上傳的運(yùn)行信息確定可調(diào)風(fēng)電機(jī)組，并計(jì)算可調(diào)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)； 步驟②按指標(biāo)大小自動(dòng)排列風(fēng)電機(jī)組控制順序，初步生成風(fēng)電機(jī)組限電序列； 步驟③考慮風(fēng)電機(jī)組的特性，設(shè)定判定條件IKi-KjI ( ε I I1-PjlI,其中I、βη、Kj, β ,,分別為機(jī)組i、j的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)與控制初始槳距角大小，ε為平衡系數(shù)；控制系統(tǒng)比較風(fēng)電機(jī)組限電序列中各機(jī)組參數(shù)，調(diào)整符合判定條件且初始槳距角較小的風(fēng)電機(jī)組序號(hào)，使其優(yōu)先進(jìn)行控制；設(shè)KiXp β η< β μ且滿足判定條件，因此，機(jī)組j將需要向前移至機(jī)組i前； 步驟④風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)更新風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組限電序列，生成風(fēng)電場(chǎng)限電控制機(jī)組執(zhí)行序列并根據(jù)該序列以及控制要求依次選擇風(fēng)電機(jī)組參與控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了電力系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的一種風(fēng)電場(chǎng)限電控制方法。其技術(shù)方案是基于風(fēng)電場(chǎng)的出力特性以及風(fēng)電機(jī)組的控制原理，參考常規(guī)機(jī)組實(shí)時(shí)調(diào)度方案，1、設(shè)計(jì)確定與風(fēng)電機(jī)組控制相關(guān)的參量；2、基于電力系統(tǒng)調(diào)度控制要求與歸一化方法，設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)性能指標(biāo)的計(jì)算方案；3、基于電力系統(tǒng)機(jī)組組合優(yōu)先順序法的基本原理，以風(fēng)電機(jī)組特性與調(diào)節(jié)性能指標(biāo)為依據(jù)，建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電序列，從而合理確定風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組限電控制時(shí)的出力容量分配。
文檔編號(hào)H02J3/46GK102820676SQ201210295559
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者林俐, 謝永俊, 賈林莉, 朱晨宸, 趙會(huì)龍, 丁魁, 蘭濤 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)