一种基于工业PLC的风电场能量管理系统及方法技术方案

本发明专利技术属于风力发电技术领域，公开了一种基于工业PLC的风电场能量管理系统及方法，所述能量管理系统包括PLC控制器、调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组，所述PLC控制器内部加载机组控制算法仿真模型，并且为调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组提供数据接口，进行通讯；所述的机组控制算法仿真模型根据风电机组的输入数据经过仿真模拟计算后输出结果，得到理论的转矩指定值及有功功率出力；所述PLC控制器对接收的调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发，使得风电场实际出力与调度指令值的偏差在死区范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业PLC的风电场能量管理系统及方法
本专利技术属于风力发电
，特别涉及一种基于工业PLC的风电场能量管理系统及方法。
技术介绍
目前风电场能量管理系统大多是基于传统服务器模式，系统的稳定性和实时性较差，无法做到精准控制程序的执行周期。传统服务器无法搭建或未搭建机组的控制逻辑算法模型，只能通过简单查表法或者其他算法来实现机组的运行数据推算，导致推算结果不准确，会导致在功率控制不稳定和波动，从而导致减少发电量。然而，国家电网的调度系统对风电场的有功功率与无功功率出力的稳定性和实时性要求越来越高。鉴于工业PLC可以长时间稳定运行，本专利技术从工业PLC内部集成风电机组控制仿真模型算法的角度出发，设计风电场能量管理系统，实现精准控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于工业PLC的风电场能量管理系统及方法，通过PLC精准控制功率分配与调节，保证风电场可用功率与实际出力偏差在限定范围内，实现风电场有功功率与无功功率的精准控制，稳定性好。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术首先提供一种基于工业PLC的风电场能量管理系统，包括PLC控制器、调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组，所述PLC控制器内部加载机组控制算法仿真模型，并且为调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组提供数据接口，进行通讯；所述的机组控制算法仿真模型根据风电机组的输入数据经过仿真模拟计算后输出结果，得到机组理论的转矩指定值及有功功率出力，从而计算出全场的理论出力与实际有功功率出力，并与接收的调度AGC/AVC系统的指令值进行对比，对调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发。进一步的，所述的机组控制算法仿真模型仿真模拟计算时，包括五个方面的仿真计算控制：仿真流程一：仿真流程一是根据风电机组的运行状态和控制参数PID来推算模型环境中的理论出力，该状态是不考虑环境对机组的理论出力的影响；仿真流程二：仿真流程二是模拟低风速状况下的转矩控制值，根据传入的风电机转速值得到理论转矩指定值；仿真流程三：仿真流程三是模拟高风速状况下的转矩控制值，根据传入的风电机转速值得到理论转矩指定值；仿真流程四：仿真流程四是根据当前有功功率出力去反推设定的转矩控制值；仿真流程五：仿真流程五是系统的其他状态仿真，包括限定值、过程值；最后，每个仿真流程输出的结果进行计算得理论转矩指定值，通过与发电机转速相乘可得到理论有功功率出力。然后，基于前面所述的能量管理系统，本专利技术还提供一种基于工业PLC的风电场能量管理方法，包括以下步骤：步骤S1、启动所述的基于工业PLC的风电场能量管理系统，所述PLC控制器加载配置文件，开启数据读取或者接收通道；步骤S2、运行机组控制算法仿真模型，进行单台机组的理论出力的计算和仿真：S201.PLC控制器接收调度AGC/AVC系统的指令值；S202.PLC控制器实时采集到各机组数据，把各机组的数据传入机组控制算法仿真模型，控制算法仿真模型计算出各机组的理论出力；S203.根据采集到的机组数据和状态进行分组，包括：组1：无法调节机组、组2：可小范围P10％上调节机组、组3：可大范围上调节机组、组4：样板机机组和组5：满能力机组；S204.PLC控制器根据分组情况对调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发；S205.PLC控制器再次读取机组实时数据，然后与调度AGC/AVC系统的指令值进行对比，对比是否已经执行到死区范围；S206.若不在死区范围会再次调节和分配；S207.在死区范围则本次调节结束。进一步的，在进行步骤S204前，要先计算出1分钟限定值和10分钟限定值，要保证分配的控制指令值在1分钟限定值和10分钟限定值之内，1分钟限定值是指风电场的有功功率出力在1分钟之内变化范围不得超过的限定值SP1minmax、SP1minmin，方法是：本系统的全场有功功率出力采集周期是100ms，在1分钟内会采集多次全场有功功率出力P1、P2、P3……P600,把每次采集到的数据放在一个长度为600的数组Power[600]中，求出数组中的最大有功功率出力Pmax和最小有功功率出力Pmin，然后与1分钟变化率计算即可得到1分钟限定值SP1minmax、SP1minmin；采用同样的方法解决10分钟限定值，保证风电场的有功功率出力在10分钟之内变化范围不得超过的限定值SP10minmax、SP10minmin。进一步的，当系统接收到新调度指令SPremote的时候，系统会把SPremote和1分钟限定值SP1minmax、SP1minmin、10分钟限定值SP10minmax、SP10minmin进行对比，当SPremote在1分钟限定值和10分钟限定值范围之内的时候，系统最终的执行值SP执行值等于SPremote，当SPremote在1分钟限定值和10分钟限定值范围之外的时候，系统最终的执行值SP执行值会优先执行1分钟限定值和10分钟限定值；当接受到的调度指令、1分钟和10分钟限定值和风电场实际出力不一致的时候，系统会去根据机组的状态去分配每台机组的执行值，保证风电场出力与调度指令值的偏差在死区范围内。进一步的，在功率调节上升阶段的时候，系统根据每台机组的功率分配权重和相应的组进行功率上升调节，当机组的权重越高时，机组被分配和调节的机会越高；在功率调节下降阶段的时候，系统也会对相应的组进行功率下降调节。进一步的，在有功功率调节阶段，系统会对组1和组4的机组给分配最低功率Pmin和限定功率Pauto；当执行值SP执行值与风电场实际出力P实际出力的差值在死区范围内DZ死区时，系统不执行功率调节逻辑；在有功功率上升阶段，系统自动计算SP执行值与P实际出力的差值，优先调节组3的机组，若组3机组满足要求分配则本次调节结束，若组3机组不满足要求则会继续调节组2的机组；单台机组的调节量公式如下：SP单台有功设定值＝(TP单台理论出力-P单台实际出力)/(TP组2/3理论出力-P组2/3实际出力)*SP执行值+P单台实际出力计算出单台机组的有功功率设定值，其中，TP组2/3理论出力指组2或组3的机组理论出力；P组2/3实际出力指组2或组3的机组实际出力；在有功功率下降阶段，系统自动计算SP执行值与P实际出力的差值，同时调节组2、组3、组5的机组，单台机组的调节量公式如下：SP单台有功设定值＝P单台实际出力-(P单台实际出力/P全场实际出力)*SP执行值计算出单台机组的有功功率设定值，其中，P全场实际出力指的是全场调节组2、组3、组5的机组的机组实际有功功率出力。与现有技术相比，本专利技术优点在于：1.本专利技术把工业精准控制技术引入到风电场能量管理系统中，实现风电场有功功率与无功功率的精准控制，且实时性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业PLC的风电场能量管理系统，其特征在于：包括PLC控制器、调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组，所述PLC控制器内部加载机组控制算法仿真模型，并且为调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组提供数据接口，进行通讯；所述的机组控制算法仿真模型根据风电机组的输入数据经过仿真模拟计算后输出结果，得到单台机组的理论的转矩指定值及有功功率出力，从而计算出全场的理论出力与实际有功功率出力，并与接收的调度AGC/AVC系统的指令值进行对比，对调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于工业PLC的风电场能量管理系统，其特征在于：包括PLC控制器、调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组，所述PLC控制器内部加载机组控制算法仿真模型，并且为调度AGC/AVC系统、数据采集设备、前置监控装置和风电机组提供数据接口，进行通讯；所述的机组控制算法仿真模型根据风电机组的输入数据经过仿真模拟计算后输出结果，得到单台机组的理论的转矩指定值及有功功率出力，从而计算出全场的理论出力与实际有功功率出力，并与接收的调度AGC/AVC系统的指令值进行对比，对调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发。


2.根据权利要求1所述的基于工业PLC的风电场能量管理系统，其特征在于：所述的机组控制算法仿真模拟计算时，包括五个方面的仿真计算控制：
仿真流程一：
仿真流程一是根据风电机组的运行状态和控制参数PID来推算模型环境中的理论出力，该状态是不考虑环境对机组的理论出力的影响；
仿真流程二：
仿真流程二是模拟低风速状况下的转矩控制值，根据传入的风电机转速值得到理论转矩指定值；
仿真流程三：
仿真流程三是模拟高风速状况下的转矩控制值，根据传入的风电机转速值得到理论转矩指定值；
仿真流程四：
仿真流程四是根据当前有功功率出力去反推设定的转矩控制值；
仿真流程五：
仿真流程五是系统的其他状态仿真，包括限定值、过程值；
最后，每个仿真流程输出的结果进行计算得理论转矩指定值，通过与发电机转速相乘可得到理论有功功率出力。


3.一种基于工业PLC的风电场能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、启动权利要求2所述的基于工业PLC的风电场能量管理系统，所述PLC控制器加载配置文件，开启数据读取或者接收通道；
步骤S2、运行机组控制算法仿真模型，进行单台机组的理论出力的计算和仿真：
S201.PLC控制器接收调度AGC/AVC系统的指令值；
S202.PLC控制器实时采集到各机组数据，把各机组的数据传入机组控制算法仿真模型，机组控制算法仿真模型计算出各机组的理论出力；
S203.根据采集到的机组数据和状态进行分组，包括：
组1：无法调节机组、组2：可小范围P10％上调节机组、组3：可大范围上调节机组、组4：样板机机组和组5：满能力机组；
S204.PLC控制器根据分组情况对调度AGC/AVC系统的指令值进行分配和下发；
S205.PLC控制器再次读取机组实时数据，然后与调度AGC/AVC系统的指令值进行对比，对比是否已经执行到死区范围；
S206.若不在死区范围会再次调节和分配；
S207.在死区范围则本次调节结束。


4.根据权利要求3所述的基于工业PLC的风电场能量管理方法，其特征在于，在进行步骤S204前，要先计算出1分钟限定值和10分钟限定值，要保证分配的控制指令值在1分钟限定值和10分钟限定值之内，1分钟限定值是指风电场的有功功率出力在1分钟之内变化范围不得超过的限定值SP1min...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔孟磊，王衍飞，隋振利，于海波，
申请(专利权)人：道莅智远科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37