一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法技术方案

一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法，其中有功功率控制的过程为：(1)计算风电场总输出功率与目标功率指令的差值；(2)如目标功率指令大于风场额定功率，为每台风机分配额定功率；(3)如目标功率指令大于当前输出功率，不做功率分配；(4)若目标功率指令小于输出功率，将控制比值乘以当前各台风机的实时输出功率分配给风机；无功功率控制的过程为：(1)计算最大的感性无功功率和最大的容性无功功率；(2)计算无功指令与最大无功的比值x，并计算实时无功能力；(3)将比值X乘以风机实时无功能力值，作为指令分配给风机。本发明专利技术具有原理简单、通用性好、能够有效的对风机功率输出进行平稳、最大化控制等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到风力发电系统领域，特指一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法。
技术介绍
我国的风资源基本集中在北部地区(东北、华北、西北)，风速变化快，风机功率输出不稳定，容易出现功率输出大幅度变化的情况，对于功率的控制难度较大，难以保证控制的速率、精度和准确率，使得风电场的功率输出对电网冲击较大，也容易出现因为过度的功率控制导致风机报错停机。为了解决以上问题，需要对现有的风机能量管理系统的功率控制方法进行改进。目前，传统的方式均需要计算风力发电机组的有功能力或无功功率，如有从业者提出的风力发电机有功功率、无功功率分配的控制方法，其过程为：(1)采集风机数据；(2)计算风场实时有功功率、无功功率、风速，计算每台风机可以分配的最大功率值；(3)与目标指令功率进行比较，将风机人为分成需停机风机、需减功率风机、需增功率风机等类型；(4)通过计算得出每台风机精确的功率控制值，并分配到风机。根据现场调研和反馈数据显示，上述的传统方式主要有以下不足：1、风机风速变化频繁导致风机功率输出能力变化较快，功率控制困难，容易出现超出目标功率输出的现象，且难以实现在目标功率的控制范围内，最大化的控制风机输出功率。2、因为需要对每台风机的有功功率能力、无功功率能力进行复杂运算，过于复杂的算法运算会导致控制软件反应缓慢，风机功率控制速度变慢。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、通用性好、能够有效的对风机功率输出进行平稳、最大化控制的基于风电场能量管理系统的功率控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法，包括：有功功率控制和无功功率控制；所述有功功率控制的过程为：(1)获取功率控制目标功率指令，计算风电场总输出功率与目标功率指令的差值；(2)如目标功率指令大于风场额定功率，则为每台风机分配额定功率，完成分配；(3)如目标功率指令大于当前输出功率，则不做功率分配，任由风机自由发电；(4)若目标功率指令小于输出功率，则计算目标功率指令与输出功率的比例，得出一个控制比值；然后，将上述得到的控制比值乘以当前各台风机的实时输出功率，分配给风机，完成功率控制；所述无功功率控制的过程为：(1)根据当前风电场的实时有功输出功率以及风机固有的功率因数，计算出其最大的感性无功功率和最大的容性无功功率；(2)计算无功指令与最大无功的比值x，并根据每台风机的实时有功功率计算实时无功能力；(3)将比值X乘以风机实时无功能力值，作为指令分配给风机。作为本专利技术的进一步改进：根据风机实时运行状态，将风机分为几类：I类风机：特殊状态风机，超温或人为非服务模式下限功；II类风机：输出功率小于等于最低限定值；III类风机：输出功率低于有功功率给定值；IV类风机：输出功率近似等于有功功率给定值；其中，最低限定值为风机最小可以接受的有功功率限定值，设定值低于此值风机会报错停机；有功功率给定值为针对单台风机分配的功率指令值；风场输出功率允许的上下限值为：出现超发或者少发情况时，超发或少发量与指令功率的百分比值。作为本专利技术的进一步改进：所述有功功率控制的详细过程为：步骤一：在获取控制指令后，对控制指令进行第一步处理，判断是否要根据风场特殊情况对指令实际值进行整理；步骤二：判定控制指令值，如大于风场额定发电容量，为每台风机分配额定功率，完成分配；如当前有功输出小于控制指令，则不做控制；若输出功率大于允许的下限，而且小于允许的上限，则不做调整；步骤三：得到根据控制指令值和风机发电台数得出的单台风机平均功率给定值；步骤四：若此时风机全部为III类风机，则不作调整；步骤五：若为第一次分配，计算控制指令占当前总输出的比例，则II、III类风机按此比例减少，完成分配；步骤六：若控制指令为非第一次分配，则进行控制指令的预分配，I类风机：不进行控制，使其自由发电；II类风机：有功功率给定为最低限定值；III类风机：有功功率给定为实际输出功率；IV类风机：有功功率给定保持不变；步骤七：控制指令的二次分配，与对预分配剩余的指令，分两种情况，若其大于零，则将其平均分配给II类、III类和IV类风机；若小于零，继续将超发的部分从II、III、IV类风机的二次分配的指令中按比例减少，直到二次分配的指令与预分配剩余指令的量处于算法允许的阈值范围内，完成分配；步骤九：将配置中的额外溢出修正指令平均分配给II、III、IV类风机。作为本专利技术的进一步改进：所述功率因数通过下式计算：作为本专利技术的进一步改进：所述无功功率控制的详细过程为：步骤一、启动，获得远程无功指令Q；步骤二、此时风机默认的最大功率因数为0.95，通过当前风场实时总有功功率Ptot可以获得实时风场的总无功功率上限值Qtot；步骤三、计算步骤四、如X大于等于1，此时每台风机根据其实时有功功率计算出无功功率上限值作为分配值，暂时结束，等待下一次的启动；如X小于1，对风机输出的无功功率进行限制；步骤五、如X小于1，将X乘以当前每台可控风机的实时无功功率能力，得到的值即为每台风机分配到的无功指令值。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的基于风电场能量管理系统的功率控制方法，通过风力发电机组的实时有功功率与有功指令之间的比例关系来作为分配有功功率指令的基准，避免了需要通过实时风速计算当前有功能力的复杂运算，从而可以忽略风速快速变化导致计算出来的有功能力与实际数值之间的误差，从而可以精确的计算出每台风机需要分配到的有功功率指令。2、本专利技术的基于风电场能量管理系统的功率控制方法，无功功率可以通过风机固有的功率因数与有功功率之间的数学管理精确的计算出来，从而保证了无功功率的控制精确度和不会影响有功输出。3、本专利技术的基于风电场能量管理系统的功率控制方法，极大的提高了风场能量管理系统对于功率控制的效率，保证风场功率控制的平稳和高效率，提高了风力发电机组在限功状态的最大使用率，通用性和适用性好。附图说明图1是本专利技术中进行有功功率控制的流程示意图。图2是本专利技术中进行无功功率控制的流程示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法，包括有功功率控制和无功功率控制：所述有功功率控制的过程为：(1)获取功率控制目标功率指令，计算风电场总输出功率与目标功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法，其特征在于，包括：有功功率控制和无功功率控制；所述有功功率控制的过程为：(1)获取功率控制目标功率指令，计算风电场总输出功率与目标功率指令的差值；(2)如目标功率指令大于风场额定功率，则为每台风机分配额定功率，完成分配；(3)如目标功率指令大于当前输出功率，则不做功率分配，任由风机自由发电；(4)若目标功率指令小于输出功率，则计算目标功率指令与输出功率的比例，得出一个控制比值；然后，将上述得到的控制比值乘以当前各台风机的实时输出功率，分配给风机，完成功率控制；所述无功功率控制的过程为：(1)根据当前风电场的实时有功输出功率以及风机固有的功率因数，计算出其最大的感性无功功率和最大的容性无功功率；(2)计算无功指令与最大无功的比值x，并根据每台风机的实时有功功率计算实时无功能力；(3)将比值X乘以风机实时无功能力值，作为指令分配给风机。

【技术特征摘要】
1.一种基于风电场能量管理系统的功率控制方法，其特征在于，包括：有功功率控制和
无功功率控制；
所述有功功率控制的过程为：(1)获取功率控制目标功率指令，计算风电场总输出功率
与目标功率指令的差值；(2)如目标功率指令大于风场额定功率，则为每台风机分配额定功
率，完成分配；(3)如目标功率指令大于当前输出功率，则不做功率分配，任由风机自由发
电；(4)若目标功率指令小于输出功率，则计算目标功率指令与输出功率的比例，得出一个
控制比值；然后，将上述得到的控制比值乘以当前各台风机的实时输出功率，分配给风机，
完成功率控制；
所述无功功率控制的过程为：(1)根据当前风电场的实时有功输出功率以及风机固有的
功率因数，计算出其最大的感性无功功率和最大的容性无功功率；(2)计算无功指令与最大
无功的比值x，并根据每台风机的实时有功功率计算实时无功能力；(3)将比值X乘以风机
实时无功能力值，作为指令分配给风机。
2.根据权利要求1所述的基于风电场能量管理系统的功率控制方法，其特征在于，根据
风机实时运行状态，将风机分为几类：
I类风机：特殊状态风机，超温或人为非服务模式下限功；
II类风机：输出功率小于等于最低限定值；
III类风机：输出功率低于有功功率给定值；
IV类风机：输出功率近似等于有功功率给定值；
其中，最低限定值为风机最小可以接受的有功功率限定值，设定值低于此值风机会报错
停机；有功功率给定值为针对单台风机分配的功率指令值；风场输出功率允许的上下限值为：
出现超发或者少发情况时，超发或少发量与指令功率的百分比值。
3.根据权利要求2所述的基于风电场能量管理系统的功率控制方法，其特征在于，所述
有功功率控制的详细过程为：
步骤一：在获取控制指令后，对控制指令进行第一步处理，判断是否要根据风场特殊情
况对指令实际值进行整理；
步骤二：判定控制指令值，如大于风场额定发电容量，为每台风...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，胡凯凯，郭锐，张家友，白臣，夏相春，李克成，张海洋，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43