專利名稱：大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增大，風(fēng)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的影響日益嚴(yán)重，尤其是大規(guī)模高集中的風(fēng)電接入帶來的問題日益突出，潛在的風(fēng)電爬坡風(fēng)險(xiǎn)也越來越大。我國目前在建的六大“千萬千瓦級”內(nèi)陸風(fēng)電基地都分布于三北地區(qū)，三北地區(qū)是冷空氣進(jìn)入我國的前沿，在冷鋒過境時(shí)，在冷鋒后面200km附近將會產(chǎn)生6 10級大風(fēng)，風(fēng)速高達(dá)1(T25米每秒。尤其是接近25米每秒時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的自身保護(hù)設(shè)置，風(fēng)機(jī)將會迅速切除，這將導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域出現(xiàn)較為嚴(yán)重的爬坡事件。這類事件將會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的沖擊，給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對處于西北和東北的風(fēng)電基地，這些地區(qū)電 網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，高集中的風(fēng)電爬坡對系統(tǒng)的危害更大。目前隨著風(fēng)機(jī)制造水平的提高，風(fēng)機(jī)有功控制能力不斷提升，風(fēng)電場也能夠監(jiān)視到風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)以及風(fēng)電場內(nèi)環(huán)境條件的變化，使得風(fēng)電場的有功控制能力得到了增強(qiáng)，為有限度控制奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)及方法，它具有在保證風(fēng)電場和電網(wǎng)安全的前提下，提高風(fēng)電場和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，提高風(fēng)電并網(wǎng)的友好性，降低風(fēng)電對電網(wǎng)的不利影響優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)，它包括電網(wǎng)控制中心站，所述電網(wǎng)控制中心站與至少一個(gè)風(fēng)電場控制子站通信，每個(gè)風(fēng)電場控制子站與至少一個(gè)風(fēng)電機(jī)組控制單元通信，所述電網(wǎng)控制中心和風(fēng)電場控制子站通過專用的通信光纜實(shí)現(xiàn)通信，所述風(fēng)電場控制子站和風(fēng)電機(jī)組控制單元通過專用的通信電纜實(shí)現(xiàn)通信。所述電網(wǎng)控制中心站實(shí)現(xiàn)風(fēng)功率預(yù)測和爬坡事件預(yù)測，監(jiān)視各個(gè)風(fēng)電場當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，接收各風(fēng)電場上傳的升出力和降出力申請以及功率調(diào)整偏差信息，在電網(wǎng)的層面上對所有的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分類，觸發(fā)不同控制階段的有限度控制方法。所述風(fēng)電場控制子站主要實(shí)現(xiàn)本風(fēng)電場的風(fēng)功率預(yù)測，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場風(fēng)速、氣壓和風(fēng)向等氣象條件的收集，同時(shí)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)機(jī)的電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息；計(jì)算當(dāng)前和未來一段時(shí)間的風(fēng)電場升出力和降出力潛力；實(shí)現(xiàn)對本風(fēng)電場的機(jī)組分類，根據(jù)機(jī)組分類制定具體的功率調(diào)整計(jì)劃，并下發(fā)給各風(fēng)電機(jī)組控制單元；接收各風(fēng)電機(jī)組控制單元上傳的功率調(diào)整偏差，并重新形成各類風(fēng)機(jī)的出力調(diào)整計(jì)劃，下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元，直至調(diào)整完成或達(dá)到調(diào)整限值；實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)電場調(diào)度指令的完成情況，并上傳最終的功率偏差給電網(wǎng)控制中心站。
所述風(fēng)電機(jī)組控制單元根據(jù)風(fēng)機(jī)上的風(fēng)速儀測量當(dāng)前的風(fēng)速、風(fēng)向等信息，測量風(fēng)機(jī)本身的有功功率、無功功率、電壓、電流、頻率、槳距角、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息，并將測得的數(shù)據(jù)上傳到風(fēng)電場控制子站；接收風(fēng)電場控制子站的出力調(diào)整計(jì)劃，調(diào)整風(fēng)機(jī)自身的出力大??；上傳風(fēng)機(jī)的升出力和降出力潛力信息給風(fēng)電場控制子站，上傳功率調(diào)整偏差給風(fēng)電場控制子站?；谏鲜鱿到y(tǒng)的一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，它主要分為三個(gè)控制階段即預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段，電網(wǎng)控制中心站通過對風(fēng)機(jī)、風(fēng)電場和風(fēng)電基地的協(xié)調(diào)控制，使得風(fēng)電場或風(fēng)電場群的出力按照給定的出力曲線或變化規(guī)律運(yùn)行；電網(wǎng)控制中心站結(jié)合電網(wǎng)和風(fēng)電場的運(yùn)行狀態(tài)，觸發(fā)不同的控制階段，給出風(fēng)電場的有功調(diào)節(jié)計(jì)劃，將具體的有功出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，風(fēng)電場控制子站根據(jù)電網(wǎng)控制中心站給出的有功出力計(jì)劃，結(jié)合自身情況，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，并下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元，風(fēng)電機(jī)組控制單元執(zhí)行風(fēng)電場控制子站下發(fā)的出力計(jì)劃。一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，具體步驟為
SI :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)爬坡預(yù)測，確定有限度控制不同階段的起始時(shí)間點(diǎn)，在不同的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)不同的控制階段，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的爬坡場景確定具體的有限度控制方法；S2 :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度，確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行允許的風(fēng)電爬坡規(guī)模、爬坡率信息；電網(wǎng)控制中心站對所有的風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)分類；S3 :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)步驟SI和S2中得到的信息，制定不同風(fēng)電場的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)將有限度控制所處的控制階段下發(fā)給風(fēng)電場控制子站；S4:風(fēng)電場控制子站根據(jù)電網(wǎng)控制中心站下發(fā)的出力計(jì)劃以及有限度控制所處的控制階段，結(jié)合風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單兀；S5 :風(fēng)電機(jī)組控制單元接收風(fēng)電場控制子站下發(fā)的出力調(diào)整計(jì)劃，對風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行功率調(diào)整，計(jì)算功率偏差，若功率偏差不為零，則反饋功率偏差，將功率偏差上傳給風(fēng)電場控制子站，若功率偏差為零，則上傳升出力和降出力潛力值(升出力潛力值為風(fēng)功率預(yù)測的最大功率與當(dāng)前功率之差，降出力潛力值為當(dāng)前功率值);S6 :風(fēng)電場控制子站接收風(fēng)電機(jī)組控制單元上傳的功率偏差值或升出力和降出力潛力值，重新形成新的出力調(diào)整計(jì)劃，并下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元；當(dāng)風(fēng)電場處于上調(diào)功率階段時(shí)，若升出力潛力值已用完或功率偏差為零，則計(jì)算風(fēng)電場控制子站的功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站；當(dāng)風(fēng)電場處于下調(diào)功率階段時(shí)，若降出力潛力值已用完或功率偏差值為零，則計(jì)算功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站；S7:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)風(fēng)電場控制子站上傳的功率偏差值以及升出力潛力值和降出力潛力值，制定新的出力計(jì)劃并下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)控制轉(zhuǎn)到步驟S4，若功率偏差值為零或者升出力或降出力潛力值用完，則本輪調(diào)整結(jié)束。所述步驟SI中，有限度控制不同階段主要包括預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段；根據(jù)爬坡預(yù)測得到爬坡事件發(fā)生的起始時(shí)間點(diǎn)和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，如圖3所示，tl為爬坡發(fā)生時(shí)刻，t2為爬坡結(jié)束時(shí)刻；預(yù)防控制階段爬坡事件發(fā)生之前，即tO tl階段為預(yù)防控制階段，本階段主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場的降出力運(yùn)行，逐步降低整個(gè)風(fēng)電基地的輸出功率到給定值；該階段在保證 電網(wǎng)安全性的前提下，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)通過這種降出力運(yùn)行方式為爬坡控制階段提供可使用的功率備用，配合系統(tǒng)的備用容量來提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平；爬坡控制階段爬坡事件發(fā)生階段，即tl t2階段為爬坡控制階段，本階段主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場間功率的相互支援和合理使用預(yù)防控制階段預(yù)留下的備用容量實(shí)現(xiàn)升出力運(yùn)行；預(yù)防控制的降出力運(yùn)行和主動切機(jī)方式實(shí)際上為爬坡期間風(fēng)電場的升出力運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，通過升出力運(yùn)行可以減緩爬坡期間風(fēng)電場功率的下降幅度和速度，使得風(fēng)電場或風(fēng)電基地的功率變化能夠在系統(tǒng)耐受的范圍內(nèi)；恢復(fù)控制階段爬坡事件結(jié)束后，即t2 t3階段為恢復(fù)控制階段；該階段主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場功率的有計(jì)劃恢復(fù)，逐步恢復(fù)風(fēng)電基地的功率到正常的運(yùn)行水平。所述爬坡場景的劃分主要考慮時(shí)間尺度和爬坡規(guī)模，考慮了不同時(shí)間尺度風(fēng)電輸出功率的變化，劃分了低、中和高三種爬坡規(guī)模，短、中和長三種時(shí)間尺度。所述步驟S2中，機(jī)組分類主要分為以下六類I)、切機(jī)后能重新投入運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組主要為極端天氣過境后，風(fēng)速已恢復(fù)到正常運(yùn)行水平，該類機(jī)組是完全可控機(jī)組，定義為A類機(jī)組；2)、切機(jī)后不能重新并入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組該類風(fēng)電機(jī)組處于極端天氣影響下的機(jī)組，風(fēng)速接近切出風(fēng)速，隨時(shí)可能被切除，該類機(jī)組為不可控機(jī)組，定義為B類機(jī)組；3)、極端天氣即將影響到的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組在未來一段時(shí)間內(nèi)會快速脫網(wǎng)停運(yùn)，該類機(jī)組為半可控機(jī)組，定義為C類機(jī)組；4)、極端天氣在未來較長一段時(shí)間內(nèi)會影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組在較長的時(shí)間段內(nèi)能夠在指定功率下運(yùn)行一段時(shí)間，該類機(jī)組為可控風(fēng)電機(jī)組，定義為D類機(jī)組；5)、不受極端天氣影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組始終能在指定功率下持續(xù)運(yùn)行，該類機(jī)組為完全可控機(jī)組，定義為E類機(jī)組；6)、出現(xiàn)故障或通訊問題的機(jī)組風(fēng)電場無法進(jìn)行有效控制的風(fēng)電機(jī)組，該類機(jī)組為完全不可控機(jī)組，定義為F類機(jī)組。所述步驟S2中預(yù)防控制階段的優(yōu)選步驟如下S2_l :根據(jù)爬坡預(yù)測得到爬坡預(yù)測時(shí)間tramp、爬坡規(guī)模Pramp_total和爬坡中最大的功率變化率VPramp，從系統(tǒng)EMS得到當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)總的備用容量Preservejotal ；S_22 :在滿足爬坡過程中平衡系統(tǒng)功率的缺額的條件下，預(yù)留一定量的備用容量Preserve_save,以抵御系統(tǒng)在爬坡過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障，由系統(tǒng)的總的備用容量Preserve_total減去預(yù)留的備用容量Preserve_save得到在爬坡控制允許使用的備用容量 Preserve_ramp,即 Preserve_ramp=Preserve_total-Preserve_save ;根據(jù)爬坡時(shí)允許使用的備用容量Preserve_ramp和爬坡中最大的功率變化率VPramp,計(jì)算得到允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed ；S2_3 :提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit等于爬坡規(guī)模Pramp_total減去允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed,即 Pcut_limit=Pramp_total_Pramp_allowed ；S2_4 :根據(jù)需要提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit指定預(yù)防控制階段的發(fā)電計(jì)劃，并將發(fā)電計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站。
所述步驟S3中，制定風(fēng)電場控制子站出力計(jì)劃時(shí)，首先考慮的是六類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力，由A類機(jī)組到F類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力依次定義為APA_allow, APB_allow, APC_allow,APD_allow, APE_allow, APF_allow ;當(dāng)有升出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)镋類機(jī)組—A類機(jī)組一D類機(jī)組一C類機(jī)組；當(dāng)有降出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)锽類機(jī)組一C類機(jī)組一D類機(jī)組一A類機(jī)組一E類機(jī)組；確定每類機(jī)組的出力計(jì)劃后，根據(jù)不同種類機(jī)組所處的地理區(qū)域，確定不同的風(fēng)電場控制子站的出力調(diào)整計(jì)劃。本發(fā)明的有益效果第一、本發(fā)明設(shè)計(jì)的大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)能夠保證風(fēng)電場在爬坡事件下具有較高的可控性。第二、本發(fā)明設(shè)計(jì)的大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)能夠減小風(fēng)電爬坡對風(fēng)電場和電力系統(tǒng)的不利影響，延長風(fēng)電場在爬坡過程中運(yùn)行時(shí)間，提高風(fēng)電的發(fā)電量，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性。 第三、本發(fā)明設(shè)計(jì)的有限度控制方法能夠合理優(yōu)化風(fēng)電場間的出力變化，降低整個(gè)風(fēng)電場群風(fēng)的功率變化率，使得風(fēng)電場或是風(fēng)電場群的出力能夠按照給定的出力曲線或變化規(guī)律運(yùn)行，提高了風(fēng)電的可控性，減小了爬坡事件對電網(wǎng)的沖擊，改善了風(fēng)電并網(wǎng)的友好性。


圖I為大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法的流程圖；圖3為大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制的分階段控制時(shí)序圖；圖4為大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制的機(jī)組分類示意圖。其中，I. E類機(jī)組，2. A類機(jī)組，3. B類機(jī)組，4. C類機(jī)組，5. D類機(jī)組。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所示本發(fā)明提供的一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)，包含一個(gè)電網(wǎng)控制中心站，所述電網(wǎng)控制中心站與至少一個(gè)個(gè)風(fēng)電場控制子站通信，每個(gè)風(fēng)電場控制子站與至少一個(gè)若干個(gè)風(fēng)電機(jī)組控制單元通信；大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電的有限度控制系統(tǒng)中電網(wǎng)控制中心站和風(fēng)電場控制子站通過專用的通信光纜實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，風(fēng)電場控制子站和風(fēng)電機(jī)組控制單元之間通過專用的通信電纜實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。如圖2所示為大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法的流程圖，具體步驟如下SI :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)爬坡預(yù)測，確定有限度控制不同階段的起始時(shí)間點(diǎn)，在不同的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)不同的控制階段，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的爬坡場景確定具體的有限度控制方法。在本步驟中，有限度控制的不同階段主要包含預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段。根據(jù)爬坡預(yù)測可以得到爬坡事件發(fā)生的起始時(shí)間點(diǎn)和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，參見圖3，tl為爬坡發(fā)生時(shí)刻，t2為爬坡結(jié)束時(shí)刻。預(yù)防控制階段爬坡事件發(fā)生之前，即tO tl階段為預(yù)防控制階段，本階段主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場的降出力運(yùn)行，逐步降低整個(gè)風(fēng)電基地的輸出功率到給定值。該階段在保證電網(wǎng)安全性的前提下，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)通過這種降出力運(yùn)行方式為爬坡控制階段提供可使用的功率備用，配合系統(tǒng)的備用容量來提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。爬坡控制階段爬坡事件發(fā)生階段，即tl t2階段為爬坡控制階段，本階段主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場間功率的相互支援和合理使用預(yù)防控制階段預(yù)留下的備用容量實(shí)現(xiàn)升出力運(yùn)行。預(yù)防控制的降出力運(yùn)行和主動切機(jī)方式實(shí)際上為爬坡期間風(fēng)電場的升出力運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，通過升出力運(yùn)行可以減緩爬坡期間風(fēng)電場功率的下降幅度和速度，使得風(fēng)電場或風(fēng)電基地的功率變化能夠在系統(tǒng)耐受的范圍內(nèi)。恢復(fù)控制階段爬坡事件結(jié)束后，即t2 t3階段為恢復(fù)控制階段。該階段主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場功率的有計(jì)劃恢復(fù)，逐步恢復(fù)風(fēng)電基地的功率到正常的運(yùn)行水平。所述爬坡場景的劃分主要考慮時(shí)間尺度和爬坡規(guī)模，考慮了不同時(shí)間尺度風(fēng)電輸出功率的變化，劃分了低、中和高三種爬坡規(guī)模，短、中和長三種時(shí)間尺度。S2 :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度，確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行允許的風(fēng)電爬坡規(guī)模、爬坡率等信息；電網(wǎng)控制中心站對所有的風(fēng)機(jī)進(jìn)行 機(jī)組狀態(tài)分類。如圖4所示，在本步驟中，機(jī)組分類主要分為以下六類I、切機(jī)后能重新投入運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組主要為極端天氣過境后，風(fēng)速已恢復(fù)到正常運(yùn)行水平，該類機(jī)組是完全可控機(jī)組，定義為A類機(jī)組2 ；2、切機(jī)后不能重新并入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組該類風(fēng)電機(jī)組處于極端天氣影響下的機(jī)組，風(fēng)速接近切出風(fēng)速，隨時(shí)可能被切除，該類機(jī)組為不可控機(jī)組，定義為B類機(jī)組3 ；3、極端天氣即將影響到的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組在未來一段時(shí)間內(nèi)會快速脫網(wǎng)停運(yùn)，該類機(jī)組為半可控機(jī)組，定義為C類機(jī)組4 ；4、極端天氣在未來較長一段時(shí)間內(nèi)會影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組在較長的時(shí)間段內(nèi)能夠在指定功率下運(yùn)行一段時(shí)間，該類機(jī)組為可控風(fēng)電機(jī)組，定義為D類機(jī)組5 ;5、不受極端天氣影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組始終能在指定功率下持續(xù)運(yùn)行，該類機(jī)組為完全可控機(jī)組，定義為E類機(jī)組I ;6、出現(xiàn)故障或通訊問題的機(jī)組風(fēng)電場無法進(jìn)行有效控制的風(fēng)電機(jī)組，該類機(jī)組為完全不可控機(jī)組，定義為F類機(jī)組。所述預(yù)防控制階段的優(yōu)選步驟如下S2_l :根據(jù)爬坡預(yù)測得到爬坡預(yù)測時(shí)間tramp、爬坡規(guī)模Pramp_total和爬坡中最大的功率變化率VPramp，從系統(tǒng)EMS得到當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)總的備用容量Preservejotal ；S22:在滿足爬坡過程中平衡系統(tǒng)功率的缺額的條件下，預(yù)留一定量的備用容量Preserve_save,以抵御系統(tǒng)在爬坡過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障，由系統(tǒng)的總的備用容量Preserve_total減去預(yù)留的備用容量Preserve_save得到在爬坡控制允許使用的備用容量 Preserve_ramp,即 Preserve_ramp=Preserve_total-Preserve_save ;根據(jù)爬坡時(shí)允許使用的備用容量Preserve_ramp和爬坡中最大的功率變化率VPramp,計(jì)算得到允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed ；S2_3 :提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit等于爬坡規(guī)模Pramp_total減去允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed,即 Pcut_limit=Pramp_total_Pramp_allowed ；
S2_4 :根據(jù)需要提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit指定預(yù)防控制階段的發(fā)電計(jì)劃，并將發(fā)電計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站；S3 :電網(wǎng)控制中心站根據(jù)步驟SI和S2中得到的信息，制定不同風(fēng)電場的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)將有限度控制所處的控制階段下發(fā)給風(fēng)電場控制子站。在本步驟中，制定風(fēng)電場控制子站出力計(jì)劃時(shí)，首先考慮的是六類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力，由A類機(jī)組到F類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力依次定義為APA_allow，APB_allow, APC_allow,APD_allow, APE_allow, APF_allow。當(dāng)有升出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)镋類機(jī)組
I— A類機(jī)組2 — D類機(jī)組5 — C類機(jī)組4 ;當(dāng)有降出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)锽類機(jī)組3 — C類機(jī)組4 — D類機(jī)組5 — A類機(jī)組2 — E類機(jī)組I。確定每類機(jī)組的出力計(jì)劃后，根據(jù)不同種類機(jī)組所處的地理區(qū)域，確定不同的風(fēng)電場控制子站的出力調(diào)整計(jì)劃；S4:風(fēng)電場控制子站根據(jù)電網(wǎng)控制中心站下發(fā)的出力計(jì)劃以及有限度控制所處的 控制階段，結(jié)合風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單兀；S5 :風(fēng)電機(jī)組控制單元接收風(fēng)電場控制子站下發(fā)的出力調(diào)整計(jì)劃，對風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行功率調(diào)整，計(jì)算功率偏差，若功率偏差不為零，則反饋功率偏差，將功率偏差上傳給風(fēng)電場控制子站，若功率偏差為零，則上傳升出力和降出力潛力值(升出力潛力值為風(fēng)功率預(yù)測的最大功率與當(dāng)前功率之差，降出力潛力值為當(dāng)前功率值);S6 :風(fēng)電場控制子站接收風(fēng)電機(jī)組控制單元上傳的功率偏差值或升出力和降出力潛力值，從新形成新的出力調(diào)整計(jì)劃，并下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元。當(dāng)風(fēng)電場處于上調(diào)功率階段時(shí)，若升出力潛力值已用完或功率偏差為零，則計(jì)算風(fēng)電場控制子站的功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站；當(dāng)風(fēng)電場處于下調(diào)功率階段時(shí)，若降出力潛力值已用完或功率偏差值為零，則計(jì)算功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站；S7:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)風(fēng)電場控制子站上傳的功率偏差值以及升出力潛力值和降出力潛力值，制定新的出力計(jì)劃并下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)控制轉(zhuǎn)到步驟S4，若功率偏差值為零或者升出力或降出力潛力值用完，則本輪調(diào)整結(jié)束。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)，其特征是，它包括電網(wǎng)控制中心站，所述電網(wǎng)控制中心站與至少一個(gè)風(fēng)電場控制子站通信，每個(gè)風(fēng)電場控制子站與至少一個(gè)風(fēng)電機(jī)組控制單元通信，所述電網(wǎng)控制中心和風(fēng)電場控制子站通過專用的通信光纜實(shí)現(xiàn)通信，所述風(fēng)電場控制子站和風(fēng)電機(jī)組控制單元通過專用的通信電纜實(shí)現(xiàn)通信。
2.基于如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，它主要分為三個(gè)控制階段即預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段，電網(wǎng)控制中心站通過對風(fēng)機(jī)、風(fēng)電場和風(fēng)電基地的協(xié)調(diào)控制，使得風(fēng)電場或風(fēng)電場群的出力按照給定的出力曲線或變化規(guī)律運(yùn)行；電網(wǎng)控制中心站結(jié)合電網(wǎng)和風(fēng)電場的運(yùn)行狀態(tài)，觸發(fā)不同的控制階段，給出風(fēng)電場的有功調(diào)節(jié)計(jì)劃，將具體的有功出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，風(fēng)電場控制子站根據(jù)電網(wǎng)控制中心站給出的有功出力計(jì)劃，結(jié)合自身情況，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，并下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元，風(fēng)電機(jī)組控制單元執(zhí)行風(fēng)電場控制子站下發(fā)的出力計(jì)劃。
3.如權(quán)利要求2所述的大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，所述具體步驟為 51:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)爬坡預(yù)測，確定有限度控制不同階段的起始時(shí)間點(diǎn)，在不同的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)不同的控制階段，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的爬坡場景確定具體的有限度控制方法; 52:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度，確定電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行允許的風(fēng)電爬坡規(guī)模、爬坡率信息；電網(wǎng)控制中心站對所有的風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)組狀態(tài)分類； 53:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)步驟SI和S2中得到的信息，制定不同風(fēng)電場的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)將有限度控制所處的控制階段下發(fā)給風(fēng)電場控制子站; S4:風(fēng)電場控制子站根據(jù)電網(wǎng)控制中心站下發(fā)的出力計(jì)劃以及有限度控制所處的控制階段，結(jié)合風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，并將出力計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元； S5 :風(fēng)電機(jī)組控制單元接收風(fēng)電場控制子站下發(fā)的出力調(diào)整計(jì)劃，對風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行功率調(diào)整，計(jì)算功率偏差，若功率偏差不為零，則反饋功率偏差，將功率偏差上傳給風(fēng)電場控制子站，若功率偏差為零，則上傳升出力和降出力潛力值，所述升出力潛力值為風(fēng)功率預(yù)測的最大功率與當(dāng)前功率之差，降出力潛力值為當(dāng)前功率值； S6:風(fēng)電場控制子站接收風(fēng)電機(jī)組控制單元上傳的功率偏差值或升出力和降出力潛力值，重新形成新的出力調(diào)整計(jì)劃，并下發(fā)給風(fēng)電機(jī)組控制單元；當(dāng)風(fēng)電場處于上調(diào)功率階段時(shí)，若升出力潛力值已用完或功率偏差為零，則計(jì)算風(fēng)電場控制子站的功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站；當(dāng)風(fēng)電場處于下調(diào)功率階段時(shí)，若降出力潛力值已用完或功率偏差值為零，則計(jì)算功率偏差值，將功率偏差值上傳給電網(wǎng)控制中心站； S7:電網(wǎng)控制中心站根據(jù)風(fēng)電場控制子站上傳的功率偏差值以及升出力潛力值和降出力潛力值，制定新的出力計(jì)劃并下發(fā)給風(fēng)電場控制子站，同時(shí)控制轉(zhuǎn)到步驟S4，若功率偏差值為零或者升出力或降出力潛力值用完，則本輪調(diào)整結(jié)束。
4.如權(quán)利要求3所述大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，所述步驟SI中，有限度控制不同階段主要包括預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段；所述爬坡場景的劃分主要考慮時(shí)間尺度和爬坡規(guī)模，考慮了不同時(shí)間尺度風(fēng)電輸出功率的變化，劃分了低、中和高三種爬坡規(guī)模，短、中和長三種時(shí)間尺度。
5.如權(quán)利要求3所述大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，所述步驟S2中，機(jī)組分類主要分為以下六類 1)、切機(jī)后能重新投入運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組主要為極端天氣過境后，風(fēng)速已恢復(fù)到正常運(yùn)行水平，該類機(jī)組是完全可控機(jī)組，定義為A類機(jī)組； 2)、切機(jī)后不能重新并入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組該類風(fēng)電機(jī)組處于極端天氣影響下的機(jī)組，風(fēng)速接近切出風(fēng)速，隨時(shí)可能被切除，該類機(jī)組為不可控機(jī)組，定義為B類機(jī)組； 3)、極端天氣即將影響到的風(fēng)電機(jī)組該類機(jī)組在未來一段時(shí)間內(nèi)會快速脫網(wǎng)停運(yùn)，該類機(jī)組為半可控機(jī)組，定義為C類機(jī)組； 4)、極端天氣在未來較長一段時(shí)間內(nèi)會影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組在較長的時(shí)間段內(nèi)能夠在指定功率下運(yùn)行一段時(shí)間，該類機(jī)組為可控風(fēng)電機(jī)組，定義為D類機(jī)組； 5)、不受極端天氣影響的風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組始終能在指定功率下持續(xù)運(yùn)行，該類機(jī)組為完全可控機(jī)組，定義為E類機(jī)組； 6)、出現(xiàn)故障或通訊問題的機(jī)組風(fēng)電場無法進(jìn)行有效控制的風(fēng)電機(jī)組，該類機(jī)組為完全不可控機(jī)組，定義為F類機(jī)組。
6.如權(quán)利要求3所述大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，所述步驟S2中預(yù)防控制階段的優(yōu)選步驟如下 521:根據(jù)爬坡預(yù)測得到爬坡預(yù)測時(shí)間tramp、爬坡規(guī)模Pramp_total和爬坡中最大的功率變化率VPramp，從系統(tǒng)EMS得到當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)總的備用容量Preservejotal ； 522:在滿足爬坡過程中平衡系統(tǒng)功率的缺額的條件下，預(yù)留一定量的備用容量Preserve_save,以抵御系統(tǒng)在爬坡過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障，由系統(tǒng)的總的備用容量Preserve_total減去預(yù)留的備用容量Preserve_save得到在爬坡控制允許使用的備用容量 Preserve_ramp,即 Preserve_ramp=Preserve_total-Preserve_save ;根據(jù)爬坡時(shí)允許使用的備用容量Preserve_ramp和爬坡中最大的功率變化率VPramp,計(jì)算得到允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed ； S2_3 :提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit等于爬坡規(guī)模Pramp_total減去允許的最大爬坡規(guī)模 Pramp_allowed,即 Pcut_limit=Pramp_total_Pramp_allowed ； S2_4:根據(jù)需要提前切除的風(fēng)電場功率限值Pcut_limit指定預(yù)防控制階段的發(fā)電計(jì)劃，并將發(fā)電計(jì)劃下發(fā)給風(fēng)電場控制子站。
7.如權(quán)利要求3所述大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制方法，其特征是，所述步驟S3中，制定風(fēng)電場控制子站出力計(jì)劃時(shí)，首先考慮的是六類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力，由A類機(jī)組到F類機(jī)組的調(diào)節(jié)潛力依次定義為APA_allow，APB_allow, APC_allow, APD_allow,APE_allow, APF_allow ;當(dāng)有升出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)镋類機(jī)組一A類機(jī)組—D類機(jī)組一C類機(jī)組；當(dāng)有降出力需求時(shí)，出力計(jì)劃分配順序?yàn)锽類機(jī)組一C類機(jī)組一D類機(jī)組一A類機(jī)組一E類機(jī)組；確定每類機(jī)組的出力計(jì)劃后，根據(jù)不同種類機(jī)組所處的地理區(qū)域，確定不同的風(fēng)電場控制子站的出力調(diào)整計(jì)劃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大規(guī)模高集中風(fēng)力發(fā)電爬坡的有限度控制系統(tǒng)，它包括電網(wǎng)控制中心站，所述電網(wǎng)控制中心站與至少一個(gè)風(fēng)電場控制子站通信，每個(gè)風(fēng)電場控制子站與至少一個(gè)風(fēng)電機(jī)組控制單元通信，基于上述系統(tǒng)的控制方法主要分為預(yù)防控制階段、爬坡控制階段和恢復(fù)控制階段三個(gè)階段，電網(wǎng)控制中心站結(jié)合電網(wǎng)和風(fēng)電場的運(yùn)行狀態(tài)，觸發(fā)不同的控制階段，給出各風(fēng)電場的有功調(diào)節(jié)計(jì)劃，風(fēng)電場控制子站根據(jù)有功出力計(jì)劃，結(jié)合自身情況，制定不同種類風(fēng)機(jī)的出力計(jì)劃，風(fēng)電機(jī)組控制單元執(zhí)行出力計(jì)劃。通過這種控制過程增強(qiáng)風(fēng)電出力的確定性和可控性，降低電網(wǎng)運(yùn)行人員處理風(fēng)電爬坡的難度，保證電力系統(tǒng)在更高的安全穩(wěn)定裕度下運(yùn)行，降低電力系統(tǒng)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號H02J3/46GK102780237SQ201210287618
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者劉玉田, 戚永志 申請人:山東大學(xué)