风力发电场的风力发电控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种风力发电场的风力发电控制系统及控制方法，所述风力发电控制系统包括集中控制平台和由所述集中控制平台控制的风力发电场，所述风力发电场包括若干依地势设置的风力发电装置，与每个风力发电装置一同设置的风况测定装置和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置，所述集中控制平台包括控制模块组、通讯接口及存储模块组，所述控制模块组包括风机组模块、风速预测模块、输出预测模块、输出决定模块、转速控制模块。该系统和方法可使风力计算准确且稳定，从而更好的抑制从风力发电场输出的功率的变动，维持恒定输出的技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电控制领域，特别涉及一种风力发电场的风力发电控制系统及其控制方法。
技术介绍
对风力发电场中最上风位置的风机监测各气象数据，可以预测整个风力发电场的风速变动，根据上述变动可以及时调整各个风机的工作状态，进而改变整个风力发电场的电力输出。因而如何确定哪台风机为最上风的风力发电装置非常重要，现有技术中，有人把整个风场的风力发电机的临近位置都安装了气象仪，当风力变动时，气象仪将变动数据传递给控制系统，控制系统根据哪台风力发电机具有新的风力变动气象数据，来确定其为最上风装置，然后通过如下公式1计算其他风机的延迟。T_delay＝Lcosθ/V如专利CN101994651B中公开了相关的计算方法，该专利文件中通过集中控制装置对各个独立控制装置进行指示，以便计算出在预定期间恒定维持风力发电场的输出的控制等级，与控制等级相符合地控制各风力发电装置。但是在实际应用中，风速和风向都是不停变化的，在预定时间内的强烈变化使预定期间的计算出现误差，对下一步的预测产生极大地影响；即最上风位装置的选择是否恰当，会影响预测，在预定的时间内，特别是由于地形和地貌的限定，风力计算不准确。在风向不确定时，误差更大。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种风力发电场的风力发电控制系统及控制方法，可使风力计算准确且稳定，从而更好的抑制从风力发电场输出的功率的变动，维持恒定输出的技术。为了解决上述课题，本专利技术提供了一种风力发电场的风力发电控制系统，所述风力发电控制系统包括集中控制平台和由所述集中控制平台控制的风力发电场，所述风力发电场包括若干依地势设置的风力发电装置，与每个风力发电装置一同设置的风况测定装置和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置，所述集中控制平台包括控制模块组、通讯接口及存储模块组，所述控制模块组包括风机组模块、风速预测模块、输出预测模块、输出决定模块、转速控制模块；所述风况测定装置测定风力和风向数据后经过所述通讯接口传递给所述控制组模块；所述控制模块组根据风力和风向的变化值决定至少一组上风位风机组和数个下风位机；所述上风位风机组中包括一个中心发电装置，以及分别不少于一个的高位发电装置、低位发电装置和/或水平发电装置；所述风机组模块通过通讯接口获取风机组各个发电装置的风力和风向数据，并传输至风速预测模块；所述风速预测模块用于根据所述上风位风机组的平均风力和风向，以及所述下风位风机相对于所述上风位风机组的距离和角度来预测所述各下风位风机在固定时间间隔的风速变动；所述输出预测模块根据前述确定某组为上风发电机组后，输出预测模块接到指令，计算在预定的时间后，整个风场输出变动，以及各个风力发电机组输出变动，以及某个风机的输出变动；所述输
出决定模块用于决定每个所述风力发电装置的实际输出功率；所述转速控制模块用于根据所出决定模块计算出的实际输出功率，控制所述风力发电装置的实际转速。进一步地优选方案，所述控制模块组还包括有风速比较模块和中心发电机选择模块，所述风速比较模块用于比较上风位风机组中每个发电装置的实际风速与平均风速，并向中心发电机选择模块发送比较数据，并经其模块选定比较数据中差值最小的发电装置为中心发电装置。进一步地，所述控制模块组还包括组别修正模块；当风速变化时，中心发电装置风速变化前后的差值，按照一定间隔被记录下来，并与组别修正模块预设的变动阈值相比较；当超过预设阈值时，向风速预测模块发出请求，调取高位、低位、水平发电装置中被记录的数据进行相似度比较。根据相似度大小是否在规定数值内进行组合上风位风机组。进一步地，所述存储模块组还包括有历史存储区域，用于将任一组合的上风位风机组的相应位置与其受风风向组合，并编号进行存储。更进一步地，所述控制模块组还包括有初始化模块，当上风位风机组的风况测定装置检测到风停或风向变化超过预设阈值时，通过初始化模块将上风位风机组进行初始化，解散组别。根据风向的变化方向，与存储模块组的历史记录中该方向时的上风位风机组作为参考，作为初始上风位风机组。本专利技术的控制系统又一个改进在于：所述存储模块组还包括有地表特征存储区域，用于根据各个风机位置之间的地标特征记录并进行误差计算；所述控制模块组还包括风速预测风速修正模块，所述预测
风速修正模块根据各个风机所在的地表特征及高度条件对预测风速进行修正。本专利技术另一方面公开了一种风力发电控制方法，包括以下步骤：S01风速测定装置监测上风位风机组中各个发电装置的风速；S02风速比较模块接收各个发电装置的实际风速，并计算出平均风速，向中心发电机选择模块发送比较数据，选定差值最小的发电装置为中心发电装置；同时风速比较模块还监测风速变化，当风速不变时至步骤S04，风速变化则至步骤S03；S03当风速变化时，中心发电装置风速变化前后的差值，按照一定间隔被记录下来，并与预设的变动阈值相比较，当超过预设阈值时，风速比较模块向风速变动预测模块发出请求，调取高位、低位、水平发电装置中被记录的数据进行相似度比较；其中，当中心发电装置与高位发电装置和低位发电装置相似度超过80％，与水平发电装置相似度超过90％，则重新确定本组风机组为上风位风机组；S04风速预测模块根据上风位风机组的平均风力和风向，以及下风位风机相对于中心发电装置的距离和角度来预测各下风位风机在固定时间间隔的风速变动，并根据风速变动向输出预测模块下达风力发电装置的变动指令；S05输出预测模块接到指令，计算在预定的时间后，对整个风场、各个风力发电机组以及某个风机的输出进行变动。其中优选的方案中，所述控制模块方法还包括：在无风或风向变化超过风向预测模块预设的阈值时通过初始化模块将上风位风机组进行初始化，解散组别；其中，当上风位风机组的风况测定装置5监测的风向角度变化超过预设的角度阈值30°时，所述输出预测模块根据
风向与存储模块组中的历史记录进行匹配，选择对应编号的上风位风机组，作为初始上风位风机组。本专利技术的有益效果在于：1.通过多个发电装置组合成上风位风机组，并依据其测定的风速平均值和位置对下风位机进行风速预测，预测结果准确率高；特别是在风速变化大时，相较于单个上风位风机组的预测准确率差的情况，本专利技术的预测准确率更高。2.本专利技术的上风位风机组的组合根据实际情况进行实时组合、最优组合，随时根据各个发电装置的风速变化进行调节组合，进一步保障预测值的准确性。3.本专利技术系统具有初始化功能，根据风停或风向变化情况，通过初始化模块决定将上风位风机组进行初始化，解散组别。并根据历史记录方向的上风位风机组作为参考，作为初始上风位风机组。这样节省了上风位风机组的组合工作，提高风机预测的工作效率。4.地形特征按照高度的不同风况产生的变化会对风速产生影响，本专利技术控制系统通过设置预测风速修正模块，尽量克服了地形特征对预测风速产生的误差，更进一步提高了预测值的准确性。附图说明图1为本专利技术风力发电控制系统的第一种实施方式的结构示意图；图2为本专利技术风力发电控制系统的第二种实施方式的结构示意图；图3为中心发电装置的实际风速变动曲线和水平发电装置的实际风速变动曲线的特性比较图。具体实施方式图1示出了本专利技术风力发电场的风力发电控制系统的一种实施方式，所述风力发电控制系统1包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电场的风力发电控制系统，其特征在于，所述风力发电控制系统(1)包括集中控制平台(2)和由所述集中控制平台(2)控制的风力发电场(3)，所述风力发电场(3)包括若干依地势设置的风力发电装置(4)，与每个风力发电装置(4)一同设置的风况测定装置(5)和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置(6)，所述集中控制平台(2)包括控制模块组(8)、通讯接口(7)及存储模块组(9)，所述控制模块组(8)包括风机组模块(10)、风速预测模块(11)、输出预测模块(13)、输出决定模块(14)以及转速控制模块(15)；所述风况测定装置(5)测定风力和风向数据后经过所述通讯接口(7)传递给所述控制组模块(8)；所述控制模块组(8)根据风力和风向的变化值决定至少一组上风位风机组(16)和数个下风位机(17)；所述上风位风机组(16)中包括一个中心发电装置，以及分别不少于一个的高位发电装置、低位发电装置和/或水平发电装置；所述风机组模块(10)通过通讯接口获取风机组各个发电装置的风力和风向数据，并传输至风速预测模块(11)；所述风速预测模块(11)用于根据所述上风位风机组(16)的平均风力和风向，以及所述下风位风机(17)相对于所述上风位风机组(16)的中心发电装置的距离和角度来预测所述各下风位风机(17)在固定时间间隔的风速变动；所述输出预测模块(13)根据前述确定某组为上风发电机组后，输出预测模块(13)接到指令，计算在预定的时间后，整个风场输出变动，以及各个风力发电机组输出变动，以及某个风机的输出变动；所述输出决定模块(14)用于决定每个所述风力发电装置(4)的实际输出功率；所述转速控制模块(15)用于根据所出决定模块(14)计算出的实际输出功率，控制所述风力发电装置(4)的实际转速。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电场的风力发电控制系统，其特征在于，所述风力发电控制系统(1)包括集中控制平台(2)和由所述集中控制平台(2)控制的风力发电场(3)，所述风力发电场(3)包括若干依地势设置的风力发电装置(4)，与每个风力发电装置(4)一同设置的风况测定装置(5)和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置(6)，所述集中控制平台(2)包括控制模块组(8)、通讯接口(7)及存储模块组(9)，所述控制模块组(8)包括风机组模块(10)、风速预测模块(11)、输出预测模块(13)、输出决定模块(14)以及转速控制模块(15)；所述风况测定装置(5)测定风力和风向数据后经过所述通讯接口(7)传递给所述控制组模块(8)；所述控制模块组(8)根据风力和风向的变化值决定至少一组上风位风机组(16)和数个下风位机(17)；所述上风位风机组(16)中包括一个中心发电装置，以及分别不少于一个的高位发电装置、低位发电装置和/或水平发电装置；所述风机组模块(10)通过通讯接口获取风机组各个发电装置的风力和风向数据，并传输至风速预测模块(11)；所述风速预测模块(11)用于根据所述上风位风机组(16)的平均风力和风向，以及所述下风位风机(17)相对于所述上风位风机组(16)的中心发电装置的距离和角度来预测所述各下风位风机(17)在固定时间间隔的风速变动；所述输出预测模块(13)根据前述确定某组为上风发电机组后，输出预测模块(13)接到指令，计算在预定的时间后，整个风场输出变动，以及各个风力发电机组输出变动，以及某个风机的输出变动；所述输出决定模块(14)用于决定每个所述风力发电装置(4)的实际输出功率；所述转速控制模块(15)用于根据所出决定模块(14)计算出的实际输出功率，控制所述风力发电装置(4)的实际转速。2.如权利要求1所述的风力发电控制装置，其特征在于，所述控制模块组(10)还包括有风速比较模块(12)和中心发电机选择模块(19)，所述风速比较模块(12)用于比较上风位风机组(16)中每个发电装置的实际风速与平均风速，并向中心发电机选择模块(19)发送比较数据，并经其模块选定比较数据中差值最小的发电装置为中心发电装置。3.如权利要求2所述的风力发电控制装置，其特征在于，所述控制模块组(10)还包括组别修正模块(18)；当风速变化时，中心发电装置风速变化前后的差值，按照一定间隔被记录下来，并与组别修正模块(18)预设的变动阈值相比较，当超过预设阈值时，向风速预测模块(11)发出请求，调取高位、低位、水平发电装置中被记录的数据进行相似度比较。4.如权利要求3所述的风力发电控制装置，其特征在于，当中心发电装置的风速变动曲线与高位发电装置和低位发电装置的风速变化曲线相似度超过80％，与水平发电装置的风速变化曲线相似度超过90％，则重新确定本组风机组为上风位风机组(16)；其中，风速变化曲线具体为在评价时间内，发电装置的风速变动频率和风速大小的关系特性曲线，相似度具体为不同发电装置的风速变化曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯茜，王磊，崔博，刘佳宇，孙林，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13