风电场风电机组限出力控制方法

摘要

风电场风电机组限出力控制方法。本发明建立了以调节容量参数、调节速度参数、机组利用小时数参数组成的调节指标，根据调节指标的大小建立包含全部风电机组的限出力控制表，再根据各风电机组桨距角与调节指标大小的关系、各风电机组短期预测功率与调节指标之间的关系修正各风电机组在限出力控制表中的位置，随后基于实际应限出力的大小与限出力控制表确定参调风电机组，确定参与限出力控制的风电机组数量以及各参调风电机组的降出力限值，根据降出力限值控制各风电机组进行限出力控制，本发明避免了风电机组的频繁启停，从而实现风能的最大利用以及对风电机组的保护。

主权项

一种风电场风电机组限出力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取风电场各风电机组的运行数据和预测数据：获取各风电机组在当前控制周期初始时刻的输出功率值P_0i，当前控制周期初始时刻风电场实际出力值P₀，各风电机组的当前控制周期初始时刻桨距角，控制周期初始时刻风电场实际出力值P₀，风电场发电计划限值P_plan，各风电机组的额定功率；当前控制周期结束时刻的预测风速，风电场所在地的实时气温、气压、湿度，获取各风电机组的机组利用小时数，即在一定时段内实际发电量折合为额定容量的运行小时数T_i，以及各风电机组最大利用小时数T_C；(2)建立风电场内可限出力机组的限出力控制表，具体为：(21)计算风电机组i的调节容量P_Ti以及调节容量参数ZP_Ti：所述调节容量是指当前控制周期内在不停机的情况下风电机组控制系统通过主动调节能够达到的最大降出力值：$P_{\mathrm{Ti}}=\left\{\begin{array}{cc}[P_{0i}-\max (P_{0i}-P_{\max i},P_{B_{1}i},P_{t\_\min })],& P_{0i}\ge P_{\mathrm{Bi}}\\ [P_{0i}-\max (P_{1i},P_{t\_\min })],& P_{0i}<P_{\mathrm{Bi}}\end{array}\right.,$式中：P_0i为控制周期初始时刻风电机组i的输出功率值，P_maxi为控制周期内风电机组i可调最大降出力值，P_{t_min}为风电机组i的最小技术出力值，P_1i为运行在C_p恒定区的风电机组限出力控制最小有功出力值，且P_1i＝(1‑k_d％)P_0i，k_d为常数；P_Bi为风电机组i由C_p恒定区运行至转速恒定区时的有功出力值；为风电机组i降出力控制后达到最低运行点时的有功出力值且式中：P_base为风电机组i的额定调节容量；m为常数，当设定风电机组i的调节容量P_Ti＝P_Bik_d时，定义调节容量参数且P_Ti/P_base每增减1％，其调节容量参数相应增减m％；(22)计算风电机组i的调节速度v_i以及调节速度参数通过风电机组响应测试确定调节速度，该调节速度是指风电机组在单位时间内响应控制命令的平均功率变化量：式中：为第l次测试期间风电机组i的出力变化值，为风电机组i第l次测试的响应控制信号的时间，M为测试次数；计算调节速度参数：式中，P_{v_n}为系统设定的风电机组i单位时间调节速度；P_Ni为风电机组i的额定功率；n为常数，当设定风电机组i调节速度v_i＝P_{v_n}时，调节速度参数且v_i/P_Ni每增减1％，相应增减n％；(23)计算风电机组i的机组利用小时数参数式中：T_C为机组最大利用小时数；r为与最大机组利用小时数偏移量相关的系数，即设定风电机组i当前时段内机组利用小时数T_i为0时，机组利用小时数参数且T_i/T_C每增加1％，相应增加r％；(24)构建风电机组i的调节指标Z_i；若风电机组j的调节指标大于风电机组i的调节指标，则在限出力控制表中将风电机组j的优先级标为k，那么风电机组i的优先级标为k+1，即优先利用风电机组j进行限出力控制，依此构建包含全部风电机组的限出力控制表，其中a、b、c为常数，且a+b+c＝1；(3)对限出力控制表进行修正，具体为：(31)根据风电机组桨距角与调节指标大小修正限出力控制表：对于限出力控制表中任意两组风电机组i、j，若Z_i>Z_j，β_i>β_j，且Z_i‑Z_j≤ε(β_i‑β_j)，则将机组j在限出力控制表的位置更新到机组i前，即优先利用风电机组j进行限出力控制，其中，Z_i、Z_j分别为机组i、j的调节指标，β_i、β_j分别为机组i、j控制周期初始时刻桨距角，ε为常数；(32)根据风电机组短期预测功率修正限出力控制表：对于限出力控制表中任意两组风电机组i、j，若Z_i>Z_j，ΔP_fj>ΔP_fi>0，且Z_i‑Z_j≤σ(ΔP_fj‑ΔP_fi)，则将机组j在限出力控制表的位置更新到机组i前，即优先利用风电机组j进行限出力控制，其中，Z_i、Z_j分别为机组i、j的调节指标，σ为常数；ΔP_fi、ΔP_fj分别为风电机组i、j在当前控制周期内的预测变出力；ΔP_fi＝P_0i‑P_fi，式中，P_fi为风电机组i在当前控制周期结束时刻的预测功率，且式中，ρ为空气密度，D为风电机组i的风轮直径，A为当前控制周期结束时刻的预测风速，C为风轮功率系数，η₁为风电机组i传动装置的机械效率，η₂为风电机组i的发电机的机械效率，H为气温，R为气压，s为湿度，P_0i为控制周期初始时刻风电机组i的输出功率值；(4)在风电机组总调节容量满足限出力要求时，即时，基于实际应限出力的大小与限出力控制表确定参调风电机组，具体为：对进行求解，确定参与限出力控制的风电机组数量，若存在J使则J为限出力控制参调风电机组的数目，降出力限值ΔP_k＝P_Ti，k＝1，2…，J‑1；第J台风电机组的降出力限值为而其余风电机组的降出力限值ΔP_k＝0，k＝J+1，…，N，N为风电机组总量；k为1‑N的常数，是相应风电机组在限出力控制表中标注的优先级，i为1‑N的常数，是优先级为k的风电机组所对应的风电机组编号，N为风电机组总数；其中，P_d＝P₀‑P_plan，P₀为控制周期初始时刻风电场实际出力值，P_plan为风电场发电计划限值；(5)将ΔP_k(k＝1，…，J)作为降出力限值控制信号输出至参调风电机组，控制各风电机组进行限出力控制。