專利名稱：一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電網技術領域，特別是涉及一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法。
背景技術：
風能屬于間歇性可再生能源，風電出力具有天然的不確定性。風電場功率預測預報是指風電場經營企業(yè)根據(jù)氣象條件、統(tǒng)計規(guī)律等，提前對一定運行時間內風電場發(fā)電有功功率進行分析預報，并向電網調度機構提交預報結果，以提高風電場與電力系統(tǒng)協(xié)調運行能力。目前的風功率預測主要是基于數(shù)值氣象預報模型，利用氣象部門提供的數(shù)值氣象預報模型，對風電場的天氣情況進行預測；再結合其它輸入，建立預測模型，將數(shù)值氣象預報模型的預測值轉換成風電場的功率輸出。短期風電功率預測一般為未來幾天內的風電輸出功率預測，時間分辨率為15min左右。也可基于短期風電功率預報結果，或實時測風數(shù)據(jù)，利用實時更新的功率實況數(shù)據(jù)，實現(xiàn)超短期的功率預報。上述風功率預測功能是促進大型集中式風電場健康有序發(fā)展，保障電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要技術手段。在含有風力發(fā)電的微電網系統(tǒng)中，風電機組單機容量一般在數(shù)kW至數(shù)百kW，很少有MW級大型風電機組的應用。不管是在并網型微電網還是獨立運行微電網的應用場合中，風能滲透率高，均需對風電進行合理的限出力功率管理。而對于含小型風電機組的微電網系統(tǒng)，一般通過切除風機來實現(xiàn)棄風管理。在含大型風電機組的微電網系統(tǒng)應用場合中，一般其地理位置分散，風場容量較小，或者位置偏遠，故通過風場數(shù)值氣象數(shù)據(jù)進行風功率預測不具備經濟性和可實施性；同時，出于系統(tǒng)安全運行約束條件考慮，時常需要對風電機組限功率運行，所以不能通過歷史出力數(shù)據(jù)來進行短期風功率預測。當然，可通過額外設置卸荷負載來被動吸收剩余風能，但經濟性較差。由此可見，MW級大型風電機組在微電網系統(tǒng)中應用很少，且現(xiàn)有集中式并網風電場的風功率預測方法以及現(xiàn)有小型風電機組在微電網系統(tǒng)中的棄風管理方法，在應用于含大型風電機組的微電網系統(tǒng)中存在明顯的不足和缺陷，不能照搬引用，因此，如何創(chuàng)設一種能夠明確區(qū)分風電系統(tǒng)實際出力和潛在出力兩個概念，無需風場數(shù)值氣象數(shù)據(jù)，無需被動式卸荷負載箱，實現(xiàn)系統(tǒng)能量的主動優(yōu)化管理，顯著提高風電利用率，實施性和經濟性較好的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，實屬當前研發(fā)的重要課題之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，基于風電機組自身測風數(shù)據(jù)實現(xiàn)風電場的超短期風功率預測，使其無需風場數(shù)值氣象數(shù)據(jù)，無需被動式卸荷負載箱，而實現(xiàn)微電網系統(tǒng)能量的主動優(yōu)化管理，提高風電利用率，從而克服現(xiàn)有技術的不足。
為解決上述技術問題，本發(fā)明一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，包括以下步驟:A、采集本調度周期內的實時測風數(shù)據(jù)；B、根據(jù)步驟A所采集的實時測風數(shù)據(jù)，結合風電機組的實際功率曲線，得到超短期風功率預測值Pt，avg—Wind，進而確定下一調度周期內的風功率范圍；C、根據(jù)超短期風功率預測值，結合實時負荷需求、其它分布式電源出力情況以及儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制管理策略，確定下一調度周期內微電網系統(tǒng)能接受的風功率優(yōu)化值Pt+1，syE；—Hind ;D、在下一調度周期微電網系統(tǒng)能接受的風功率徂圍內，將 兩足運行約束條件的最大可用風電出力值作為下一調度周期出力指令Pt+1,srt—wind并發(fā)送給風電機組。所述步驟A中的實時測風數(shù)據(jù)通過測風塔或風電機組的風速儀和風向標測得。所述的周期為5分鐘。所述的其它分布式電源包括柴油發(fā)電機系統(tǒng)。所述的步驟C中下一調度周期內微電網系統(tǒng)能接受的風功率優(yōu)化值為: Pt+l, sys wind Pt，avg—load ^base diesel Pt，avg—BESS，其中，Pt，avg lMd為本周期內的負荷平均功率值；Pbase—diesel為其它分布式電源的穩(wěn)定運行基點功率；pt，avg—BESS為儲能系統(tǒng)在本調度周期 內的平均功率，放電為正，充電為負。所述的Pbase_diesel 0.5*Prateddiesel，其中， Prated—diesel 為其它分布式電源的額定功率。所述步驟B中下一調度周期內的風功率范圍為(l_a) X Pt，avg—wind 至(1+a) XPt, avg—wind，其中，a為短期風功率預測誤差，取0.15 ;所述步驟D中的Pt+1，setwind為:當Pt+1，sys—wind > (l+a) XPt，avg—wind 時，F(xiàn)*t+l，set—wind = (I+a) X Pt, avg_wind ；當 Pt+1，sys—wind〈 (1+a) X Pt, avg—wind時， Pt+l，set—wind ^t+1, sys wind °采用以上技術方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較有以下有益技術效果:1、本發(fā)明大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，無需風場氣象數(shù)據(jù)，無需被動式卸荷負載箱，可集成于微電網能量控制管理系統(tǒng)或上層監(jiān)控系統(tǒng)，可實施性和經濟性較好；2、本發(fā)明一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，在不增加額外設備投資的前提下，實現(xiàn)了系統(tǒng)能量的主動優(yōu)化管理，提高了風電利用率；3、本發(fā)明大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，從風電場實時測風塔或單個風電機組風速儀和風向標采集得到實時測風數(shù)據(jù)，結合風電機組實際運行功率曲線，實現(xiàn)了微電網系統(tǒng)風電場的超短期風功率預測。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明，以下結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明含有大型風電機組的微電網系統(tǒng)結構組成示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明含有風電機組的微電網系統(tǒng)結構組成，包括分布式電源、交流母線AC_BUS、微電網中央控制單元、測風裝置、一個以上負荷。其中，分布式電源包括一個以上的柴油發(fā)電機系統(tǒng)、一個以上電池儲能系統(tǒng)和一個以上的由數(shù)臺大型風電機組組成的小型風電系統(tǒng)。風電系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、負荷分別通過開關與交流母線AC_BUS連接。各分布式電源最終匯流于交流母線AC_BUS，微電網中央控制單元采集現(xiàn)場測風裝置測得的實時測風數(shù)據(jù)，結合微電網能量優(yōu)化調度和管理策略，給負荷提供穩(wěn)定可靠的電力供應。本發(fā)明以下控制方法也可應用于其它微電網系統(tǒng)架構中，原理一樣，在此不再贅述。本發(fā)明大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，包括以下步驟:1、微電網中央控制單元采集風電場實時測風塔或單個風電機組風速儀和風向標數(shù)據(jù)，結合風電機組的實際運行風功率曲線得到超短期風功率預測值Pt，avg—wind，利用超短期風功率預測值預測下一調度周期內風功率波動的范圍。風電出力具有天然的間歇性和隨機性特點，但是可以利用鄰近調度周期的測風數(shù)據(jù)估測未來風功率的變化，尤其是對于機械慣性很大的大型發(fā)電機組，可以實現(xiàn)超短期風功率預測。設微電網能量調度周期為T，一般為分鐘級，例如取5min為周期。微電網中央控制單元 通過本調度周期內的實測平均風速，對照風電機組的實際風速-風功率特性曲線，查表求得單臺風電機組的出力值，對各風電機組的出力值求和后，即得小型風電系統(tǒng)在本調度周期內的超短期風功率預測值Pt，avg—Wind，并以此作為下一調度周期內的平均功率預測值，即超短期風功率預測值Pt+1，avg—wind。作為微電網系統(tǒng)下一能量調度周期內的風電潛在出力。設該調度周期T內，超短期風功率預測誤差為a，則可進一步明確下一調度周期內小型風電系統(tǒng)的功率沮圍:Pt+l，min—wind-(l_a) X Pt+1, avg—windPt+l’max—wind-(l+a) X Pt+1, avg—wind參考行業(yè)現(xiàn)狀，a取0.15，Pt+1，min wind為下一調度周期內的風電出力最小值；Pt+1，maxwind為下一調度周期內的風電出力最大值。2、根據(jù)當前調度周期超短期風功率以及實時負荷和其他分布式電源處理情況，確定下一調度周期內微電網系統(tǒng)所能接受的風功率范圍。在該微電網系統(tǒng)中，當前調度周期內，有:Pt，avgwind = Pt，avg—lMd — Pt；avg_dieSel — Pt,avg_BESS，其中，Pt，avg—Wind為風電系統(tǒng)的平均功率輸出，Pt，avg—lMd為負荷的平均功率需求，Pt,avg_dieSel為柴油發(fā)電系統(tǒng)的平均功率輸出，Pt，avg—BESS為電池儲能系統(tǒng)的平均功率輸出，放電為正，充電為負。理論上，下一調度周期中，該微電網系統(tǒng)許可的風電接入的最大功率為:Pt+1, max—wind — Pt+1, avg—load — Pmin—diesel — Pmin_BESS 其中，Pt+1；avg load為下一調度周期內的負荷預測值Pniin diesel為柴油發(fā)電系統(tǒng)的最小輸出功率限制；Pmin—BESS為電池儲能系統(tǒng)的最大充電功率，數(shù)值為負。由以上得到的微電網系統(tǒng)許可的風電接入功率范圍十分寬泛,對微電網系統(tǒng)中風電系統(tǒng)的出力調度的約束力很小，不具備實際操作意義，需進一步明確界定。進一步的，在微電網系統(tǒng)實際運行中，負荷需求可以根據(jù)鄰近調度周期的歷史負荷數(shù)據(jù)較精確地預測出下一調度周期內的負荷功率需求。而柴油發(fā)電機系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)的出力，則更多的和具體微電網能量優(yōu)化調度管理相關，無法一概而論。在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的約束條件下，盡量提升風電等間歇性可再生能源的利用率，減少柴油等化石能源的消耗，是微電網系統(tǒng)設計的關鍵目標。在該微電網系統(tǒng)中，其他分布式電源包括柴油發(fā)電機系統(tǒng)，其為系統(tǒng)主電源，用于建立系統(tǒng)的電壓和頻率參考，同時提供功率旋轉備用。通過微電網中央控制單元的調度管理，使柴油發(fā)電機系統(tǒng)盡量長時間運行在某特定的較低出力水平實際運行功率基點Pbas^sel附近。Pbasejiesel的取值，需綜合考慮微電網系統(tǒng)經濟性、最小出力限制以及留有足夠功率旋轉備用等因素，比如，當取
Pmin—diesel= 0.3PrateD—diesel 時， Prated—diesel 為柴油發(fā)電系統(tǒng)的額定輸出功率，可取
Pbase_dieseL=0.5Prated_dieselo此外，微電網中央控制單元負有優(yōu)化電池儲能系統(tǒng)運行工況的責任，盡量避免頻繁的充放電切換及充放電功率的劇烈變動。所以，可取下一調度周期內的電池儲能系統(tǒng)出力pt+1，avg—BESS=Pt，avg—BESS。則，下一調度周期內微電網系統(tǒng)許可的風電接入功率范圍可進
一步明確為:p t+1, sys_wind =Pt，avg—load -Pbase—diesel -Pt，avg—BESS， 其中， Pt，avg_load
為本周期內的負
荷平均功率值；Pb_—為其它分布式電源的穩(wěn)定運行基點功率；Pt，avg—BESS為儲能系統(tǒng)在本調度周期內的平均功率，放電為正，充電為負。3、在滿足微電網系統(tǒng)穩(wěn)定運行約束條件下，給出風電機組優(yōu)化功率出力指令，發(fā)送給各風電機組，作為其功率輸出限制值，從而實現(xiàn)微電網能量優(yōu)化的主動調度管理，提高風電利用率。具體的說，通過比較下一調度周期微電網系統(tǒng)允許風電接入功率和風電系統(tǒng)下一調度周期的潛在出力情況，給出優(yōu)化后的下一調度周期內的風功率出力指令。當Pt+1，sys wind≥(1+a) XPtjavg wind時,取下一調度周期風功率出力指令Pt+1，set wind =(1+a) XPt,avg wind)適當高于超短期風功率預測值，使風電機組盡量多的利用風能^Pt+1，sys—wind〈(l+a) XPtjavg wind時，取下一調度周期風功率出力指令Pt+1， set_wind =Pt+1, sys_windJ
使風電機
組限功率運行，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行約束。由于超短期風功率預測誤差、超短期負荷預測誤差及其他系統(tǒng)擾動所造成的系統(tǒng)內瞬時功率不匹配的因素，通過柴油發(fā)電機系統(tǒng)的功率旋轉備用來平衡；而較長時間尺度的風電出力與負荷需求的不匹配，則通過電池儲能系統(tǒng)的能量搬運功能，實現(xiàn)削峰填谷。超短期風功率預測基于實時測風數(shù)據(jù)與風機實際功率曲線，與風場歷史出力數(shù)據(jù)無關，亦無需風場數(shù)值氣象數(shù)據(jù)。 本發(fā)明大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法屬于微電網系統(tǒng)主動能量優(yōu)化管理方法，該方法明確區(qū)分了微電網系統(tǒng)中風電系統(tǒng)實時出力與潛在出力能力兩個概念，將優(yōu)化后的風電機組功率指令下發(fā)給各風電機組，作為其功率出力限值:在需要盡量多的利用風能時，其值適當高于超短期風功率預測值，以使風電機組處于最大功率跟蹤控制模式；而在由于微電網系統(tǒng)穩(wěn)定運行約束，需要風電機組限功率運行時，取系統(tǒng)安全運行所準許的風功率值，該值低于超短期風功率預測值。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于包括以下步驟: A、采集本調度周期內的實時測風數(shù)據(jù)； B、根據(jù)步驟A所采集的實時測風數(shù)據(jù)，結合風電機組的實際功率曲線，得到超短期風功率預測值Pt，avg—wind，進而確定下一調度周期內的風功率范圍； C、根據(jù)超短期風功率預測值，結合實時負荷需求、其它分布式電源出力情況以及儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制管理策略，確定下一調度周期內微電網系統(tǒng)能接受的風功率優(yōu)化值Pt+1，sys—windD、在下一調度周期微電網系統(tǒng)能接受的風功率范圍內，將滿足運行約束條件的最大可用風電出力值作為下一調度周期出力指令Pt+1,srt—wind并發(fā)送給風電機組。
2.根據(jù)權利要求1所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于: 所述步驟A中的實時測風數(shù)據(jù)通過測風塔或風電機組的風速儀和風向標測得。
3.根據(jù)權利要求1所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于:所述的周期為5分鐘。
4.根據(jù)權利要求1所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于:所述的其它分布式電源包括柴油發(fā)電機系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于所述的步驟C中下一調度周期內微電網系統(tǒng)能接受的風功率優(yōu)化值為: Pt+1, sys_wind = Pt，avg_load — Pbase_diesel — Pavg_BESS' 其中，Pt，avg_load為本周期內的負荷平均功率值；Pbase_diesel 為其它分布式電源的穩(wěn)定運行基點功率；pt，avg—BESS為儲能系統(tǒng)在本調度周期內的平均功率，放電為正，充電為負。
6.根據(jù)權利要求5所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于所述的 Pbase_diesel= 0.5*Prated-diesel， 其中， Prated—diesel為其它分布式電源的額定功率。
7.根據(jù)權利要求1所述的大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，其特征在于: 所述步驟B中下一調度周期內的風功率范圍為 (1-a) X Pt,avg—wind 至(1+a) XPt, avg—wind， 其中，a為短期風功率預測誤差，取0.15 ; 所述步驟D中的 Pt+1，set—wind ' 當 Pt+1，sys—wind ≥(1+a) X Pt，avg—wind 時， Pt+1，set_wind =(1+a) X Pt，avg—wind ; 當 Pt+1，sys—wind〈(l+a) XPt, avg_wind 時，P t+1, set_wind =Pt+1, sys_wind°
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，包括以下步驟A、采集本調度周期內的實時測風數(shù)據(jù)；B、根據(jù)步驟A所采集的實時測風數(shù)據(jù)，結合風電機組的實際功率曲線，得到超短期風功率預測值Pt,avg_wind，進而確定下一調度周期內的風功率范圍；C、根據(jù)超短期風功率預測值，結合實時負荷需求、其它分布式電源出力情況以及儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制管理策略，確定下一調度周期內微電網系統(tǒng)能接受的風功率優(yōu)化值Pt+1,sys_wind；本發(fā)明大型風電機組在微電網系統(tǒng)中的運行控制方法，無需風場氣象數(shù)據(jù)，無需被動式卸荷負載箱，可集成于微電網能量控制管理系統(tǒng)或上層監(jiān)控系統(tǒng)，可實施性和經濟性較好。
文檔編號H02J3/46GK103138294SQ20131009771
公開日2013年6月5日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者周志超, 許偉, 潘磊, 張啟應 申請人:國電聯(lián)合動力技術有限公司