一种风力发电场有功功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电场有功功率控制方法，包括：测量得到风电场并网点的有功功率实发值，计算并网点有功功率目标值与有功功率实发值的差值，记为有功功率偏差，根据风电场并网点的实时测风数据，计算各风电机组的最大有功功率；根据各风电机组的当前实发有功功率和最大有功功率，计算有功增裕度系数和有功减裕度系数，依据有功增裕度系数和有功减裕度系数的大小顺序进行排列，分别生成有功增裕度队列和有功减裕度队列；确定相应的功率调整策略。本发明可以自动将调度的有功功率调节指令分配到单个风电机组来执行，既可以大大减轻风电场操作人员的劳动强度，又可以提高对调度功率目标的响应速度以及功率调节的精度。
【专利说明】
一种风力发电场有功功率控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电场有功功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 近几年来，风力发电作为可再生清洁能源发电得到大力发展。随着风电机组装机 容量占总装机容量比例的不断提升，风电机组送往电网的功率的大幅度波动将会对电网的 稳定运行带来越来越大的不利影响，因此，实现风电场有功功率的可调控是迫切需要解决 的问题。
[0003] 目前风电场中使用的有功功率调节方式多为人工手动调节的方式。具体地，首先 由电网调度部门通过电话方式通知风电场进行有功功率调节，然后，风电场值班人员将调 度的有功功率目标值与风电场此时的有功功率实发值进行比较，而后，由风电场值班人员 基于比较的差值并借助风电场中的控制装置手动控制风电机组启/停，升/降功率，以便控 制风电场并网点的有功功率达到调度要求的目标值。这种方式存在下述缺陷：
[0004] 1)由于上述风电场有功功率调节方式是通过操作人员手动来完成的，即操作人员 接到调度调节要求后，通过计算获得调度的目标值同风电场此时的实发值之间的比较差 值，并根据该比较差值手动控制风电场内的风电机组启/停、升/降功率，因而存在误差大、 响应速度慢等问题，进而造成风电场发电量的损失。
[0005] 2)上述风电场有功功率调节方式没有根据风电场内各风电机组的具体工作情况 而对其进行调用和控制，而是由操作人员较为随机地对风电机组进行启/停操作或者进行 升/降功率的操作。因此，上述风电场有功功率调节方式不仅高度依赖相应机组工作的可靠 性，而且还因随机地操作相应风电机组而忽视了风电机组具体工作情况(例如风电机组累 计运行时间、累计停机时间等），因而会使某些机组长时间一直在运行，而另一些机组则较 长时间一直在停机，从而导致机组故障率提升。而且，风电机组频繁地启/停本身就会影响 风电机组的稳定性和安全性，同时也会影响风电机组的使用寿命。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种风力发电场有功功率控制方法， 该方法能够及时准确地调整风电场并网点的有功功率，同时充分考虑了各风电机组的实际 工作情况，提高风电机组运行的稳定性和安全性。
[0007] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0008] -种风力发电场有功功率控制方法，包括：
[0009] 步骤一:测量得到风电场并网点的有功功率实发值，计算并网点有功功率目标值 与有功功率实发值的差值，记为有功功率偏差；
[0010]步骤二:若有功功率偏差的绝对值是否大于有功功率偏差的死区阀值，若是，则转 入步骤三，否则，返回步骤一；
[0011]步骤三:根据风电场并网点的实时测风数据，计算各风电机组的最大有功功率；
[0012] 步骤四：根据各风电机组的当前实发有功功率和最大有功功率，计算有功增裕度 系数和有功减裕度系数，依据有功增裕度系数和有功减裕度系数的大小顺序进行排列，分 别生成有功增裕度队列和有功减裕度队列；
[0013] 步骤五:计算所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和、有功减裕度总和；
[0014] 步骤六:有功功率偏差大于零时，根据有功增裕度总和及开机队列中所有风电机 组启动的有功增裕度总和相加的值与有功功率偏差之间的大小关系确定相应的功率调整 策略；
[0015] 有功功率偏差小于零时，有功功率偏差的绝对值与有功减裕度总和之间的大小关 系确定相应的功率调整策略；
[0016] 步骤七:根据功率调整策略，向风电机组发出控制指令，等待风电机组执行指令动 作完成后，返回步骤一。
[0017] 进一步的，在步骤三中，计算各风电机组的最大有功功率时，根据机组功率曲线， 采用线性插值法计算在当前风速情况下机组的最大有功功率。
[0018] 进一步的，在步骤四中，有功增裕度系数的计算为：
[0019] 将第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功功率与第i台风电机组有功功率 实发值的差值与第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功功率的做比即为风电机组的 有功增裕度系数。
[0020] 进一步的，在步骤四中，有功减裕度系数的计算为：
[0021] 第i台风电机组有功功率实发值与第i台风电机组最小运行功率的差值与第i台风 电机组在当前风速情况下的最大有功功率做比即为风电机组的有功减裕度系数。
[0022] 进一步的，在步骤五中，所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和为将每台风 电机组有功功率最大有功功率与风电机组有功功率实发值做差后求和。
[0023] 进一步的，在步骤五中，所有运行的可调风电机组的有功减裕度总和为将每台风 电机组有功功率实发值与风电机组有功功率最小运行功率做差后求和。
[0024] 进一步的，上述一种风力发电场有功功率控制方法还包括依据各风电机组的累计 停机时间和累计运行时间的长短，生成开机队列和停机队列的步骤。
[0025]进一步的，开机队列的生成：
[0026]将风电机组本次停机的时间加上以前累计停机的时间即得到机组累计停机时间， 按照机组累计停机时间由长到短的顺序进行排列，生成开机队列。
[0027]进一步的，停机队列的生成：
[0028] 将风电机组本次运行的时间加上以前累计运行的时间即得到机组累计运行时间， 按照机组累计运行时间由长到短的顺序进行排列，生成停机队列。
[0029] 进一步的，在步骤六中，有功功率偏差大于零时：
[0030] 当前有功增容量大于等于当前所有机组可分配容量时，则先将所有运行的可调风 电机组有功功率升至最大有功功率，然后按照开机队列顺序依次启动所有风电机组，并以 最大有功功率运行；
[0031] 所有运行的可调风电机组都运行在最大有功功率时，仍不能满足当前有功增容量 要求，则先将所有运行的可调风机机组有功功率升至最大有功功率，然后从开机队列中依 次启动风机机组，直到已启动风机机组的有功增裕度总和大于等于否则将 作为有功增加量在已启动的风机机组间采用相似调整裕度原则进行分配；
[0032] 所有运行的可调风电机组都升至最大有功功率时，能够满足当前有功增容量要 求，则从有功增裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组的有功增裕度总和 大于等于△ Ρ，则将△ P作为有功增加量在已选择的风电机组间采用相似调整裕度原则进行 分配。
[0033] 进一步的，在步骤六中，有功功率偏差小于零时：
[0034] 所有运行的可调风电机组都运行在最小运行功率时，仍不能满足当前有功减容量 要求，则先将所有运行的可调风电机组有功功率降至最小运行功率，然后从停机队列中依 次停止风电机组，直到已停止风电机组的有功减裕度总和大于等于则将已停 止风电机组的有功减裕度总和的差值作为有功增加量在不需要停机的 风电机组间采用相似调整裕度原则进行分配；A P为有功功率偏差，/^^"为所有运行的可 调风电机组的有功减裕度总和；
[0035] 所有运行的可调风电机组都降至最小运行功率时，能够满足当前有功减容量要 求，则从有功减裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组的有功减裕度总和 大于等于I AP|，则将I Δ P|作为有功减少量在已选择的风电机组间采用相似调整裕度原则 进行分配。
[0036] 进一步的，当前有功增容量大于等于当前所有机组可分配容量的判断过程为：
[0037] 记将开机队列中所有风电机组启动的有功增裕度总和为Pstartup，= Igirax， 其中，η为开机队列中风电机组台数;Pimax为第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功 功率；
[0038] 判断有功功率偏差Δ P是否小于，如果不小于即当前 有功增容量大于等于当前所有机组可分配容量，为所有运行的可调风电机组的有功 增裕度总和。
[0039] 进一步的，所有运行的可调风电机组都运行在最大有功功率时，仍不能满足当前 有功增容量要求的判断过程为：
[0040] 首先判断有功功率偏差如果小于+Ρ__?，其次判断有功功率偏差A P是否 大于^仏，如果大于，即所有运行的可调风电机组都运行在最大有功功率时，仍不能 满足当前有功增容量要求，?为所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和，开机队列 中所有风电机组启动的有功增裕度总和为Pst artup。
[0041] 进一步的，所有运行的可调风电机组都升至最大有功功率时，能够满足当前有功 增容量要求的判断过程为：
[0042] 首先判断有功功率偏差如果小于，其次判断有功功率偏差Λ P是否 大于如果小于^匕》，所有运行的可调风电机组都升至最大有功功率时，能够满足当 前有功增容量要求。
[0043] 进一步的，所有运行的可调风电机组都运行在最小运行功率时，仍不能满足当前 有功减容量要求的判断过程为：
[0044] 判断有功功率偏差Δ P的绝对值I Δ P I是否大于"，如果大于Cg,,,，即所有运 行的可调风电机组都运行在最小运行功率时，仍不能满足当前有功减容量要求， 所有运行的可调风电机组的有功减裕度总和。
[0045] 进一步的，所有运行的可调风电机组都降至最小运行功率时，能够满足当前有功 减容量要求的判断过程为：
[0046] 判断有功功率偏差Δ P的绝对值I Δ P I是否大于，如果不大于，即所有运 行的可调风电机组都降至最小运行功率时，能够满足当前有功减容量要求，Pjgw为所有 运行的可调风电机组的有功减裕度总和。
[0047]本发明的有益效果：
[0048] 本发明可以自动将调度的有功功率调节指令分配到单个风电机组来执行，既可以 大大减轻风电场操作人员的劳动强度，又可以提高对调度功率目标的响应速度以及功率调 节的精度，进而减少风电场发电量的损失，提高风电场的经济效益;并可以避免风电机组频 繁地启/停，以及避免出现某些机组长时间运行而另一些机组则长时间停机等问题，从而降 低风电机组的故障率，提高风电机组运行的稳定性和安全性，进而延长风电机组的使用寿 命。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明风力发电场有功功率控制方法流程图。
【具体实施方式】：
[0050] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0051] 如图1所示为本发明风力发电场有功功率控制方法的流程图。本实施例是在于提 出一种能够及时准确地调整风电场并网点的有功功率，同时充分考虑了各风电机组的实际 工作情况，提高风电机组运行的稳定性和安全性的风电场有功功率控制方法，其方法步骤 如下：
[0052] (1)测量得到风电场并网点的有功功率实发值Pme3a,计算并网点有功功率目标值 Ptarget与有功功率实发值Pmea的差值，记为有功功率偏差Δ P = Ptarget-Pmea;
[0053] (2)设置有功功率偏差的死区阀值δ，若有功功率偏差的绝对值I △ P|大于死区阀 值S则进入步骤(3)，否则返回步骤(1);
[0054] (3)根据实时测风数据，计算各风电机组的最大有功功率；
[0055] 根据机组功率曲线，采用线性插值法计算在当前风速情况下机组的最大有功功 率，计算公式如下：
[00561
[0057] 其中，Picurve.k+1、Picurve.k分别为第i台风电机组功率曲线中第k+1点和第k点的有功 功率值，5^_ 3.1{+1和3^^.1{分别为第治风电机组功率曲线中第1^1点和第1^点的风速值， Simea为第i台风电机组的风速实时值，Pimax为第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功 功率。
[0058] (4)根据各风电机组的当前实发有功功率和最大有功功率，计算有功增裕度系数 和有功减裕度系数，依据有功增裕度系数和有功减裕度系数的大小，生成有功增裕度队列 和有功减裕度队列。具体步骤如下：
[0059] (a)计算各风电机组的有功增裕度系数，计算公式如下：
[0060]
[0061 ]其中，Pimea为第i台风电机组有功功率实发值。
[0062] 按照有功增裕度系数由大到小的顺序进行排列，生成有功增裕度队列。
[0063] (b)计算各风电机组的有功减裕度系数Ο：=,,,，计算公式如下：
[0064]
[0065] 其中，Pimea为第i台风电机组有功功率实发值，Pimin为第i台风电机组最小运行功 率。
[0066] 按照有功减裕度系数由大到小的顺序进行排列，生成有功减裕度队列。
[0067] (5)计算所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和、有功减裕度总和。具体步骤 如下：
[0068] (a)计算所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和4十算公式如下：
[0069]
[0070] 其中，m为风电机组台数。
[0071 ] (b)计算所有运行的可调风电机组的有功减裕度总和，计算公式如下：
[0072]
[0073] 其中，m为风电机组台数。
[0074] (6)依据各风电机组的累计停机时间和累计运行时间的长短，生成开机队列和停 机队列。
[0075](一)开机队列的生成；
[0076] 记录各风电机组本次停机的时间，当风电机组本次停机的时间超过最短停机时间 后，风电机组可以加入到开机队列，再次开机。
[0077] 将风电机组本次停机的时间加上以前累计停机的时间即得到机组累计停机时间， 按照机组累计停机时间由长到短的顺序进行排列，生成开机队列。
[0078](二)停机队列的生成；
[0079] 记录各风电机组本次运行的时间，当风电机组本次运行的时间超过最短开机时间 后，风电机组可以加入到停机队列，再次停机。
[0080] 将风电机组本次运行的时间加上以前累计运行的时间即得到机组累计运行时间， 按照机组累计运行时间由长到短的顺序进行排列，生成停机队列。
[0081] (7)根据有功功率偏差，确定功率调整策略。
[0082] 若有功功率偏差Δ P大于零，转至步骤(A)，若有功功率偏差Δ P小于零，转至步骤
[0083] (A)记将开机队列中所有风电机组启动的有功增裕度总和为Pstartup，^_= ￡乃職， ?=1 其中，η为开机队列中风电机组台数。
[0084] 首先判断有功功率偏差Λ P是否小于+PsieraJ，如果不小于+ P_._|，JP 当前有功增容量大于等于当前所有机组可分配容量，则先将所有运行的可调风电机组有功 功率升至最大有功功率，然后按照开机队列顺序依次启动所有风电机组，并以最大有功功 率运行；
[0085] 如果小于其次判断有功功率偏差Δ P是否大于/^?如果大于 ，即所有运行的可调风电机组都运行在最大有功功率时，仍不能满足当前有功增容量 要求，则先将所有运行的可调风电机组有功功率升至最大有功功率，然后从开机队列中依 次启动风电机组，直到已启动风电机组的有功增裕度总和大于等于(AP-P i;=,.,j，否则将 作为有功增加量在已启动的风机机组间采用相似调整裕度原则进行分配；
[0086] 如果不大于Ggft,，即所有运行的可调风电机组都升至最大有功功率时，能够满足 当前有功增容量要求，则从有功增裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组 的有功增裕度总和大于等于A P，则将△ P作为有功增加量在已选择的风电机组间采用相似 调整裕度原则进行分配，转至步骤8)。
[0087] (B)首先判断有功功率偏差Δ P的绝对值I Δ P I是否大于P= "，如果大于>即 所有运行的可调风电机组都运行在最小运行功率时，仍不能满足当前有功减容量要求，则 先将所有运行的可调风电机组有功功率降至最小运行功率，然后从停机队列中依次停止风 电机组，直到已停止风电机组的有功减裕度总和大于等于卜则将已停止风电机 组的有功减裕度总和匕_(/^=|^^11为已停止风电机组台数)与|叫-^>;)的差值作 为有功增加量在不需要停机的风电机组间采用相似调整裕度原则进行分配；
[0088] 如果不大于d,^即所有运行的可调风电机组都降至最小运行功率时，能够满足 当前有功减容量要求，则从有功减裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组 的有功减裕度总和大于等于I AP|，则将I ΔΡ|作为有功减少量在已选择的风电机组间采用 相似调整裕度原则进行分配，转至步骤8)。
[0089] (8)根据功率调整策略，向风电机组发出控制指令。
[0090] (9)等待风电机组执行指令动作完成后，返回步骤1)。
[0091] 其中，上述步骤(7)中，所述相似调整裕度原则是根据风电机组的有功裕量大小进 行有功分配，即剩余有功多的，提供多的有功，剩余有功少的，提供少的有功，这样可以保证 每台风电机组有相近的有功裕度。
[0092] 若要求风电机组增加有功功率，则风电机组分配的有功功率?,可表示为：
[0093]
[0094] 若要求风电机组减少有功功率，则风电机组分配的有功功率?,可表示为：
[0095]
[0096] 在本发明中，上述最大有功功率为:在当前风速情况下，风电机组能够输出的最大 有功功率，亦即有功可调上限。
[0097] 本申请中上述最小运行功率为：当风电机组的实发有功功率小于一定值时，风电 机组将会直接停机，亦即有功可调下限。
[0098] 本申请中上述最短开机时间为风电机组开机之后到再次停机的最短时间间隔。
[0099] 本申请中上述最短停机时间为风电机组停机之后到再次开机的最短时间间隔。
[0100] 本发明充分考虑到了风电机组的实际工作情况，根据风电场内各风电机组的实际 工作情况对其输出功率进行合理控制，而不是人工随机进行功率控制，因而，可以在提高控 制精度和响应速度的同时，还兼顾到各风电机组的诸如累计运行时间、累计停机时间等实 际使用情况，这样，通过对风电场内风电机组的合理调用，可以避免风电机组频繁地启/停， 以及避免出现某些机组长时间运行而另一些机组则长时间停机等问题，从而降低风电机组 的故障率，提高风电机组运行的稳定性和安全性，进而延长风电机组的使用寿命。
[0101]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，包括： 步骤一：测量得到风电场并网点的有功功率实发值，计算并网点有功功率目标值与有 功功率实发值的差值，记为有功功率偏差； 步骤二:若有功功率偏差的绝对值是否大于有功功率偏差的死区阀值，若是，则转入步 骤S，否则，返回步骤一； 步骤根据风电场并网点的实时测风数据，计算各风电机组的最大有功功率； 步骤四：根据各风电机组的当前实发有功功率和最大有功功率，计算有功增裕度系数 和有功减裕度系数，依据有功增裕度系数和有功减裕度系数的大小顺序进行排列，分别生 成有功增裕度队列和有功减裕度队列； 步骤五:计算所有运行的可调风电机组的有功增裕度总和、有功减裕度总和； 步骤六:有功功率偏差大于零时，根据有功增裕度总和及开机队列中所有风电机组启 动的有功增裕度总和相加的值与有功功率偏差之间的大小关系确定相应的功率调整策略； 有功功率偏差小于零时，有功功率偏差的绝对值与有功减裕度总和之间的大小关系确 定相应的功率调整策略； 步骤屯:根据功率调整策略，向风电机组发出控制指令，等待风电机组执行指令动作完 成后，返回步骤一。2. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤=中，计 算各风电机组的最大有功功率时，根据机组功率曲线，采用线性插值法计算在当前风速情 况下机组的最大有功功率。3. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤四中，有 功增裕度系数的计算为： 将第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功功率与第i台风电机组有功功率实发 值的差值与第i台风电机组在当前风速情况下的最大有功功率的做比即为风电机组的有功 增裕度系数。4. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤四中，有 功减裕度系数的计算为： 第i台风电机组有功功率实发值与第i台风电机组最小运行功率的差值与第i台风电机 组在当前风速情况下的最大有功功率做比即为风电机组的有功减裕度系数。5. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤五中，所 有运行的可调风电机组的有功增裕度总和为将每台风电机组有功功率最大有功功率与风 电机组有功功率实发值做差后求和。6. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤五中，所 有运行的可调风电机组的有功减裕度总和为将每台风电机组有功功率实发值与风电机组 有功功率最小运行功率做差后求和。7. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，还包括依据各风 电机组的累计停机时间和累计运行时间的长短，生成开机队列和停机队列的步骤。8. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，开机队列的生 成： 将风电机组本次停机的时间加上W前累计停机的时间即得到机组累计停机时间，按照 机组累计停机时间由长到短的顺序进行排列，生成开机队列； 停机队列的生成： 将风电机组本次运行的时间加上W前累计运行的时间即得到机组累计运行时间，按照 机组累计运行时间由长到短的顺序进行排列，生成停机队列。9. 如权利要求1所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤六中，有 功功率偏差大于零时： 当前有功增容量大于等于当前所有机组可分配容量时，则先将所有运行的可调风电机 组有功功率升至最大有功功率，然后按照开机队列顺序依次启动所有风电机组，并W最大 有功功率运行； 所有运行的可调风电机组都运行在最大有功功率时，仍不能满足当前有功增容量要 求，则先将所有运行的可调风电机组有功功率升至最大有功功率，然后从开机队列中依次 启动风电机组，直到已启动风电机组的有功增裕度总和大于等于(AP-嘴结,,，），否则将 (AP-巧逍,,)作为有功增加量在已启动的风机机组间采用相似调整裕度原则进行分配； 所有运行的可调风电机组都升至最大有功功率时，能够满足当前有功增容量要求，贝U 从有功增裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组的有功增裕度总和大于等 于A P，则将A P作为有功增加量在已选择的风电机组间采用相似调整裕度原则进行分配。10. 如权利要求9所述的一种风力发电场有功功率控制方法，其特征是，在步骤六中，有 功功率偏差小于零时： 所有运行的可调风电机组都运行在最小运行功率时，仍不能满足当前有功减容量要 求，则先将所有运行的可调风电机组有功功率降至最小运行功率，然后从停机队列中依次 停止风电机组，直到已停止风电机组的有功减裕度总和大于等于巧某,,），则将已停止 风电机组的有功减裕度总和Pstep与|aP|-巧的差值作为有功增加量在不需要停机的风 电机组间采用相似调整裕度原则进行分配；A P为有功功率偏差，巧为所有运行的可调 风电机组的有功减裕度总和； 所有运行的可调风电机组都降至最小运行功率时，能够满足当前有功减容量要求，贝U 从有功减裕度队列中依次选择风电机组，直至已选择的风电机组的有功减裕度总和大于等 于I APl，则将I APl作为有功减少量在已选择的风电机组间采用相似调整裕度原则进行分 配。
【文档编号】H02J3/48GK105914796SQ201610370658
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】杨晓强, 胡从川, 阙波, 钱海, 盛国栋
【申请人】都城绿色能源有限公司