專利名稱：用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，屬于新能源 發(fā)電技術(shù)中的風(fēng)電場(chǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近10年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電在全球以年增長(zhǎng)率超過(guò)30%而成為發(fā)展最快的清潔能源。目 前，風(fēng)力發(fā)電的核心控制技術(shù)一直掌握在國(guó)外企業(yè)手中，風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等核心控制技術(shù) 尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，機(jī)組控制系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)控制產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口。隨著風(fēng)電 場(chǎng)數(shù)量的增加和規(guī)模的擴(kuò)大、風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)受制于人給風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行管理帶來(lái)的弊端也
日趨明顯。風(fēng)電場(chǎng)中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)用于集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行， 運(yùn)用現(xiàn)代信息和通訊技術(shù)，實(shí)時(shí)收集、分析并報(bào)告各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力狀況和機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行 狀況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)或根據(jù)管理人員反饋的指令對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行進(jìn)行效率優(yōu)化和 安全保障控制?，F(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，例如丹麥Vestas公司的VestasOnline，一般由三 部分組成中央集控(站控層)、就地控制(現(xiàn)地層)、遠(yuǎn)方控制。監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種 功能，如數(shù)據(jù)采集與處理功能、控制功能、報(bào)警功能、畫(huà)面顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表、操作權(quán) 限、多種曲線顯示等，滿足運(yùn)行人員的各種需要，使運(yùn)行人員可以在風(fēng)電場(chǎng)中控室或遠(yuǎn)方進(jìn) 行監(jiān)視與控制，同時(shí)風(fēng)電運(yùn)營(yíng)公司通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)各地的風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān) 控和管理，解決了風(fēng)電運(yùn)營(yíng)公司以前難以對(duì)各地的風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)一管理的問(wèn)題，并且可以對(duì)風(fēng) 電場(chǎng)中的多種風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)無(wú)人值守的目標(biāo)。目前，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)多為大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)集中接入電力系統(tǒng)，風(fēng)電場(chǎng)的總?cè)萘恳话阌?幾十兆瓦到幾百兆瓦，國(guó)內(nèi)風(fēng)電運(yùn)營(yíng)公司下屬的風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)情況只能通過(guò)風(fēng) 電機(jī)組廠商各自配套的監(jiān)控軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組機(jī)型的多樣性，而每一種機(jī)型 的控制系統(tǒng)都不一樣，都需要一套相應(yīng)的中央集控軟件和相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，這些軟件 隨著廠商的不同而不同，無(wú)法提供在線自動(dòng)功率調(diào)節(jié)功能，風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率調(diào)節(jié)大多采 用人工設(shè)定的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，響應(yīng)慢，效率低，無(wú)法滿足電網(wǎng)對(duì)其可控及可調(diào)的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)在線自 動(dòng)功率調(diào)節(jié)的問(wèn)題，提供一種用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功 功率自動(dòng)控制方法，具有(1)最大出力模式控制程序；(2)計(jì)劃跟蹤模式控制程序；(3)自 適應(yīng)調(diào)節(jié)模式控制程序。所述的用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法包括以下步驟a、判斷控制模式，若為最大出力模式，進(jìn)入步驟b，若為計(jì)劃跟蹤模式，進(jìn)入步驟 c，若為自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式，進(jìn)入步驟d，
3
b、根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ，按每分鐘增加λ Pmax將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力 調(diào)節(jié)至min{Pmax，Pava}，其中，Pmax為風(fēng)電場(chǎng)的最大有功出力，Pava為風(fēng)電場(chǎng)可用最大有功出 力，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量Pins < 30麗時(shí)，λ · Prmax彡6MW/min,當(dāng)30麗彡P(guān)ins彡150麗時(shí)， 入· Pr隱(Pins/5，當(dāng) Pins > 150麗時(shí)，λ · Prmax ( 30MW/min，進(jìn)入步驟 e，C、根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ，按每分鐘增加λ Pmax將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力調(diào) 節(jié)至min{Pplan，PavJ，其中，Pplan為調(diào)度部門(mén)下發(fā)的發(fā)電計(jì)劃，進(jìn)入步驟e，d、判斷電網(wǎng)頻率信息，當(dāng)電網(wǎng)頻率高于50. 2Hz，根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ， 按每分鐘減少λ Pmax將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力下調(diào)至α Ppre，當(dāng)電網(wǎng)頻率低于49Hz，按每分鐘 增加λΡ_將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力上調(diào)至min{i3Ppre，Pava}，其中，α為下調(diào)系數(shù)，范圍為0 至0.8，β為上調(diào)系數(shù)，范圍為1至1.5，Ppre為當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出，進(jìn)入步驟e，e、將得到的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力按風(fēng)電機(jī)組容量比例分配到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，進(jìn)行 有功調(diào)控，完成一次風(fēng)電場(chǎng)有功出力控制，f、對(duì)調(diào)控后的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力進(jìn)行采樣，若滿足有功出力調(diào)控指令的要求， 退出控制，等待下一個(gè)調(diào)控指令，否則，經(jīng)Is延時(shí)，回到步驟a。本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明為風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)提供了風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，具有比較強(qiáng)大 的風(fēng)電功率自動(dòng)化控制功能，并能夠較好地與我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)接口，將風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn) 行數(shù)據(jù)發(fā)送到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，并從調(diào)度系統(tǒng)接收電網(wǎng)的調(diào)度指令，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要 求、地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的需求和風(fēng)電場(chǎng)的工況進(jìn)行電力實(shí)時(shí)輸出與運(yùn)行控制，能夠在風(fēng)電場(chǎng)級(jí) 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)出力進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，有利于并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)與接入地區(qū)電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)配合運(yùn) 行。(2)本發(fā)明的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)化、提高運(yùn)行及
管理水平。
圖1為本發(fā)明中風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制功能示意圖。圖2為圖1中風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給 出的例子。如圖1所示，本發(fā)明用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，具有(1) 最大出力模式控制程序；(2)計(jì)劃跟蹤模式控制程序；(3)自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式控制程序。實(shí)施例一如圖2所示，本發(fā)明用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法中采用最 大出力模式的自動(dòng)控制程序。該并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)總有功容量為100麗，無(wú)功容量為士33. 5MVar，由67臺(tái)單機(jī)有功 容量為1.5麗、無(wú)功容量為士0. 5MVar的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，風(fēng)電場(chǎng)初始有功出力為 60MW，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始有功出力為0. 89MW，每分鐘最大有功變化率為額定有功容量的2%。隨著風(fēng)速變化使風(fēng)電場(chǎng)的最大有功出力增加到70MW，由于最大有功變化率的限制，風(fēng) 電場(chǎng)將逐步調(diào)整其有功出力，風(fēng)電場(chǎng)有功出力每分鐘調(diào)整2MW，即每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組每分鐘調(diào)整 有功出力0. 03麗。這樣，經(jīng)過(guò)5分鐘的調(diào)控，風(fēng)電場(chǎng)可以將有功出力調(diào)整到70MW，完成風(fēng)速 變化要求的有功調(diào)整量，此時(shí)，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功出力為1. 045MW。實(shí)施例二 如圖2所示，本發(fā)明用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率控制方法中采用計(jì)劃跟 蹤模式的自動(dòng)控制程序。該并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)總有功容量為100麗，無(wú)功容量為士33. 5MVar，由67臺(tái)單機(jī)有功 容量為1.5麗、無(wú)功容量為士0. 5MVar的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，風(fēng)電場(chǎng)初始有功出力為 60麗，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的初始有功出力為0. 89麗，每分鐘最大有功變化率為額定有功容量 的2%。隨著風(fēng)速變化使風(fēng)電場(chǎng)的最大有功出力增加到80MW，此時(shí)，調(diào)度中心下發(fā)計(jì)劃為 70MW，由于最大有功變化率的限制，風(fēng)電場(chǎng)將逐步調(diào)整其有功出力，風(fēng)電場(chǎng)有功出力每分鐘 調(diào)整2MW，即每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組每分鐘調(diào)整有功出力0. 03MW。這樣，經(jīng)過(guò)5分鐘的調(diào)控，風(fēng)電場(chǎng) 可以將有功出力調(diào)整到70MW，完成風(fēng)速變化要求的有功調(diào)整量，此時(shí)，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功 出力為1. 045MW。實(shí)施例三如圖2所示，本發(fā)明用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率控制方法中采用自適應(yīng) 調(diào)節(jié)模式的自動(dòng)控制程序。該并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)總有功容量為100麗，無(wú)功容量為士33. 5MVar，由67臺(tái)單機(jī)有功 容量為1.5麗、無(wú)功容量為士0. 5MVar的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，風(fēng)電場(chǎng)初始有功出力為 80麗，每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組有功出力為1. 19麗。此外，由于頻率為系統(tǒng)全局量，即系統(tǒng)各處頻率 相同，故可以根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)出口變電站實(shí)測(cè)的頻率作為系統(tǒng)頻率量，設(shè)風(fēng)電場(chǎng)有功下調(diào)系數(shù) 為0. 72首先，測(cè)得系統(tǒng)頻率為50. 9Hz，在50. 2Hz 51Hz之間，頻率出現(xiàn)異常，需要風(fēng)電場(chǎng) 調(diào)整有功出力對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行支持；其次，根據(jù)設(shè)定的最大有功變化率，每分鐘最大有功變化為 20MW,由于求得風(fēng)電場(chǎng)每分鐘的有功出力變化為22. 4MW，大于20MW，故取為20MW ；此時(shí)風(fēng) 電場(chǎng)的有功出力降低至60麗，將20麗的有功出力調(diào)整量按風(fēng)電機(jī)組容量比例分配到各臺(tái) 風(fēng)電機(jī)組后為每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組降低0. 3麗，調(diào)整后每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功出力為0. 89麗，由于 風(fēng)電場(chǎng)所連接的主電網(wǎng)內(nèi)的調(diào)頻機(jī)組也參與調(diào)頻，經(jīng)過(guò)一次有功調(diào)控后，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到 50. 5Hz。經(jīng)Is延時(shí)后，風(fēng)電場(chǎng)出口變電站的實(shí)測(cè)系統(tǒng)頻率為50. 4Hz，仍然異常，重復(fù)上述步 驟進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)有功出力的調(diào)節(jié)。此時(shí)，求得風(fēng)電場(chǎng)每分鐘的有功出力變化16. 8MW，此時(shí)風(fēng)電 場(chǎng)的有功出力降至43. 2MW，將16. 8MW的有功出力調(diào)整量按風(fēng)電機(jī)組容量比例分配到各臺(tái) 風(fēng)電機(jī)組后每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組降低0. 25MW，調(diào)整后每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功出力為0. 64MW，再配合 主電網(wǎng)的調(diào)頻，系統(tǒng)頻率恢復(fù)至49. 8Hz，在正常范圍內(nèi)。采用發(fā)明的風(fēng)電場(chǎng)能量管理系統(tǒng)， 能夠充分兼顧系統(tǒng)運(yùn)行的特殊需求，積極參與系統(tǒng)調(diào)頻。
權(quán)利要求
用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，其特征在于具有(1)最大出力模式控制程序、(2)計(jì)劃跟蹤模式控制程序、(3)自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式控制程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，其特征 在于，包括以下步驟a、判斷控制模式，若為最大出力模式，進(jìn)入步驟b，若為計(jì)劃跟蹤模式，進(jìn)入步驟c，若 為自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式，進(jìn)入步驟d，b、根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ，按每分鐘增加λΡ_將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力調(diào) 節(jié)至min{Pmax，Pava}，其中，Pmax為風(fēng)電場(chǎng)的最大有功出力，Pava為風(fēng)電場(chǎng)可用最大有功出 力，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量Pins < 30麗時(shí)，λ · Prmax彡6MW/min,當(dāng)30麗彡P(guān)ins彡150麗時(shí)， 入· Pr匪(Pins/5，當(dāng) Pins > 150麗時(shí)，λ · Prmax ( 30MW/min，進(jìn)入步驟 e，c、根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ，按每分鐘增加λPmax將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力調(diào)節(jié)至 min{Pplan, PavJ，其中，Pplan為調(diào)度部門(mén)下發(fā)的發(fā)電計(jì)劃，進(jìn)入步驟e，d、判斷電網(wǎng)頻率信息，當(dāng)電網(wǎng)頻率高于50.2Hz，根據(jù)設(shè)定的有功最大變化率λ，按每 分鐘減少λ Pmax將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力下調(diào)至CiPpre，當(dāng)電網(wǎng)頻率低于49Hz，按每分鐘增 加λΡ_將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力上調(diào)至min{i3Ppre，Pava}，其中，α為下調(diào)系數(shù)，范圍為0至 0.8，β為上調(diào)系數(shù)，范圍為1至1.5，Ρρμ為當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)有功功率輸出，進(jìn)入步驟e，e、將得到的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力按風(fēng)電機(jī)組容量比例分配到每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，進(jìn)行有功 調(diào)控，完成一次風(fēng)電場(chǎng)有功出力控制，f、對(duì)調(diào)控后的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)有功出力進(jìn)行采樣，若滿足有功出力調(diào)控指令的要求，退出 控制，等待下一個(gè)調(diào)控指令，否則，經(jīng)Is延時(shí)，回到步驟a。
全文摘要
用于風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電有功功率自動(dòng)控制方法，其特征是具有(1)最大出力模式控制、(2)計(jì)劃跟蹤模式控制、(3)自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式控制。本發(fā)明具有比較強(qiáng)大的風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的電力實(shí)時(shí)輸出與運(yùn)行控制功能，能夠較好地與我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度接口，有利于并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)與接入地區(qū)電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)配合運(yùn)行，提高風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)化控制及管理運(yùn)行水平。
文檔編號(hào)H02J13/00GK101917023SQ20101026903
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者石磊, 陳寧 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院