基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法与流程

本发明涉及一种新能源发电以及新能源发电性能评价领域的评价方法，具体涉及一种基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法。
背景技术：
：国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》中明确规定风电场应能够接受电力系统调度机构的有功功率和电压指令，并根据指令调节风电场的有功功率和无功功率。长期运行的风电场由于缺乏有效地评价、监督机制，无法准确了解风电场对调度的控制响应性能。目前，通过协调电力系统调度机构和风电场，采用风电场现场测试，可对风电场的有功功率控制能力和无功电压控制能力进行检测和评价。但该检测评价的开展需要协调多方配合，消耗大量的人力、物力和时间，影响风电场的正常运行，一般仅对新建风电场开展，且仅在风电场并网运行初期检测一次，对长期运行的风电场缺乏持续的监督，电力调度部门对风电场的控制响应性能缺乏长期有效的了解。风电场的AGC系统和AVC系统保存着大量的实际运行数据，利用风电场的运行数据，对风电场的控制响应性能进行评价，既省去进行功率控制和电压控制检测的人力物力投入，又能最为真实的反映风电场在实际运行过程中功率控制和电压控制的性能，给电力调度机构提供一手的评价数据。通过该发明提出的方法为风电场有功功率控制和无功电压控制特性提供评价手段，有利于风电场的优化调度运行。技术实现要素：为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：本发明提供一种基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：(1)获取数据源；(2)单次控制响应特性评价；(3)月度控制响应特性评价。进一步地，所述步骤(1)中，以实际运行数据作为风电场有功功率控制和无功电压控制 性能评价的数据源，所述数据源包括：1)AGC系统(自动发电控制系统)数据：风电场的AGC系统接收调度部门下发的有功功率控制指令，并根据调度控制指令进行功率分配，下发给各个风电机组，实现对风电场有功功率输出的控制；通过AGC系统获得调度部门的有功功率指令和整个风电场的实际功率输出，用于风电场有功功率控制能力的评价；2)AVC系统(自动电压无功控制系统)数据：风电场AVC系统将采集的风电场电压实时运行数据上传至调度，同时接收调度部门下发的目标电压指令，通过控制风电机组、无功补偿装置的无功功率，调节并网点电压，使风电场电压跟随调度的目标电压；通过AVC系统获得调度的电压指令、风电场实际并网点电压、风电场的无功功率，用于风电场无功电压控制能力的评价；3)监控系统(SCADA)数据：风电场监控系统用于实时监视和控制风电场内的风电机组、无功补偿、变压器、气象采集装置，通过监控系统得到风电机组运行状态、风电场输出有功功率、无功功率、电压、风速等数据；在进行有功功率控制和电压控制性能评价时，通过风电场监控系统得到风电场实际输出的有功功率和并网点电压。进一步地，所述步骤(2)的单次控制响应特性评价包括：有功功率控制和无功电压控制。进一步地，所述有功功率控制包括：①有功功率控制的响应时间Trp、超调量σp和稳态偏差Ep计算：通过风电场AGC系统和监控系统得到风电场并网点有功功率和AGC有功功率调度指令；在得到AGC有功功率调节指令后，记录有功功率调节的整个时间区间内的风电场并网点有功功率和AGC调度指令；计算功率控制的响应时间Trp、超调量σp和稳态偏差Ep，其中：响应时间Trp：以AGC指令时刻为零时刻，计算风电场实际出力与AGC指令的偏差，计算进入±7％风电场额定功率偏差范围的时间，为响应时间；若5min内风电场实际有功输出大于AGC指令值+7％风电场额定功率，则记录该次有功功率控制响应失败；若5min内风电场实际有功输出小于AGC指令值-7％风电场额定功率，则查看风电场当前风速，对照风电机组的风速-功率特性曲线，查看风电机组在当前风速下的理论出力总和是否小于AGC给出的有功功率指令值：若小于功率指令值，则认为受当前风速限制，风电场无法输出指定的有功功率，则计算有功功率稳定输出，有功功率波动在±7％平均功率范围内的 时间为有功功率响应时间；若理论出力总和大于AGC功率指令值，则认为不是风速限制引起的，则记录该次有功功率控制响应失败；超调量σp：计算风电场接收到AGC有功功率指令后在响应时间内超调的有功功率百分比；稳态偏差Ep：响应时间结束后，计算在下一AGC有功功率调度指令到达前或响应时间后10min内的风电场并网点有功功率与AGC有功功率调度指令之间的差值，计算差值的平均值，得到有功功率控制的稳态偏差。式中，PAGC为AGC发出的有功功率调度指令，Pf为风电场实际输出的有功功率，Tend为10分钟或AGC下一有功功率调度指令到达前的时间，取两者中最小大的值；②加权平均指标计算：以120s为响应时间Trp的基数，以风电场额定装机容量为稳态偏差的基数，计算有功功率的响应时间Trp的百分比数和稳态偏差的百分比数，如下式：其中：T′rp为有功功率控制响应时间的百分比数；E'p为有功功率控制稳态偏差的百分比数；Pn为风电场额定装机容量；将响应时间Trp的百分比数、超调量σp和稳态偏差Ep的百分比数，根据调度控制的需求赋予不同的权重，如要求快的响应和精确的指令跟踪，设置响应时间的权重为40％，超调量的权重为20％，偏差的权重是40％，加权平均得到有功功率控制的加权平均响应指标PG，该指标数据越小，有功功率控制性能越好，如下式：PG＝0.4×T′rp+0.2×σp+0.4×E'p。进一步地，要求单次有功功率控制的响应时间Trp不大于120s，超调量σp不大于15％风电场额定装机容量，稳态偏差Ep不大于5％的风电场额定装机容量。进一步地，所述无功电压控制包括：①无功电压控制的响应时间TrV和稳态偏差EV计算：通过风电场AVC系统和监控系统得到风电场并网点无功电压和AVC调度电压指令；记录风电场在收到AVC调度电压指令后，风电场并网点的电压数据和电压指令值，计算电压控制的响应时间TrV和稳态偏差EV；响应时间TrV：以AVC调度指令时刻为零时刻，计算风电场并网点实际电压与AVC调度电压指令的偏差，计算进入电压设定值的±0.7％偏差范围的时间，为响应时间TrV；若5min内风电场不能达到电压设定值的±0.7％偏差范围内，则查看风电场装机容量与并网点电网的短路容量比，若短路容量比超过3％，则计算风电场并网点电压稳定在±0.7％平均电压范围内的时间；稳态偏差EV：响应时间TrV结束后，计算在下一指令到达前或响应时间后10min内的风电场无功电压与AVC调度电压指令之间的差值，计算差值的平均值，得到电压控制的稳态偏差EV；式中，UAVC为AVC发出的电压调节指令，Uf为风电场并网点电压，Tend为10分钟或AVC下一电压指令到达前的时间，取两者中最小的值；②加权平均指标计算：以30s为响应时间TrV的基数，以风电场额定电压为稳态偏差EV的基数，计算无功电压的响应时间百分比数T′rV和稳态偏差EV的百分比数E'v，如下式：其中：T′rV为无功电压控制响应时间的百分比数；E'v为无功电压控制稳态偏差的百分比数；Un为风电场额定电压；将响应时间和稳态偏差的两个百分比数值根据调度控制的需求赋予不同的权重，如要求精确的电压控制，设置响应时间的权重为40％，稳态偏差的权重是60％，加权平均得到无功电压控制的加权平均响应指标UG，该指标数据越小，无功电压控制性能越好，如下式：UG＝0.4×T′rV+0.6×E'V。进一步地，要求单次无功电压控制的响应时间不大于30s，稳态偏差不大于0.5％的电压设定值。进一步地，所述步骤(3)的月度控制响应特性评价包括：根据单次有功功率控制响应时间、超调量和稳态偏差以及无功电压控制计算出的响应时间和稳态偏差，计算月度平均指标，得到风电场有功功率响应时间和稳态偏差的月平均值，无功电压控制的响应时间和稳态偏差的月平均值；响应时间和稳态偏差的要求与单次有功功率控制和无功电压控制的要求相同，即有功功率调节的响应时间不大于120s，超调量不大于15％风电场额定装机容量，稳态偏差不大于5％的风电场额定装机容量；电压调节的响应时间不大于30s，稳态偏差不大于0.5％的电压设定值；在单次的控制响应特性达到要求的情况下，月度控制响应特性均能达到要求；在月内有个别的单次控制响应特性未达到要求的情况下，月度控制响应特性通过计算平均值，了解和评价风电场有功功率和电压控制的稳定性能指标。本发明提供的技术方案具有的优异效果是：(1)以风电场实时运行数据为功率和电压控制性能评价的基础数据，通过采集风电场AGC和AVC系统的指令数据和实际功率、电压数据，计算每次有功功率控制、电压控制的响应时间、超调量和响应偏差值，并采用加权平均方式，通过给响应时间、超调量和偏差值设置不同的权重，得出风电场有功功率控制和电压控制响应特性，节省了现场试验需要的人力、物力成本，且可对已运行风电场进行持续的监督，为风电的长期调度运行提供参考依据。(2)采用加权平均计算的方式，可根据不同的需求给各个评价指标赋予不同的权重，形成具有对比性的评价指标数据，有利于对不同风电场功率控制和电压控制性能的比较。附图说明图1是本发明提供的风电场单次有功功率控制的评价指标计算示意图；图2是本发明提供的风电场AVC系统调度指令电压和实际电压波形图；图3是本发明提供的基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本发明提供一种基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制评价方法，其流程图如图3所示，包括下述步骤：(1)获取数据源，包括：1)AGC系统数据风电场的AGC系统接收调度部门下发的有功功率控制指令，并根据调度控制指令进行功率分配，并下发给各个风电机组，实现对风电场有功功率输出的控制。通过AGC系统可获得调度部门的有功功率指令和整个风电场的实际功率输出，可用于风电场有功功率控制能力的评价。2)AVC系统数据风电场AVC系统将采集的风电场电压实时运行数据上传至调度，同时接收调度部门下发的目标电压指令，通过控制风电机组、无功补偿装置的无功功率，调节并网点电压，使风电场电压跟随调度的目标电压。通过AVC系统可获得调度的电压指令、风电场并网点实际电压、风电场的无功功率，可用于风电场无功电压控制能力的评价。3)监控系统(SCADA)数据风电场监控系统用于实时监视和控制风电场内的风电机组、无功补偿、变压器、气象采集装置等设备，通过SCADA系统可得到风电机组运行状态、风电场输出有功功率、无功功率、电压、风速等数据。在进行有功功率控制和电压控制性能评价时，也可通过风电场监控系统得到风电场实际输出的有功功率和并网点电压。(2)单次控制响应特性评价有功功率控制①响应时间、超调量和稳态偏差计算：通过风电场AGC系统和监控系统得到风电场并网点有功功率、调度AGC指令。在得到 AGC功率调节指令后，记录有功功率调节的整个时间区间内的风电场并网点有功功率和AGC调度指令。计算功率控制的响应时间、超调量和稳态偏差：响应时间Trp：以AGC指令时刻为零时刻，计算风电场实际出力与AGC指令的偏差，计算进入±7％风电场额定功率偏差范围的时间，为响应时间；若5min内风电场实际有功输出大于AGC指令值+7％风电场额定功率，则记录该次有功功率控制响应失败；若5min内风电场实际有功输出小于AGC指令值-7％风电场额定功率，则查看风电场当前风速，对照风电机组的风速-功率特性曲线，查看风电机组在当前风速下的理论出力总和是否小于AGC给出的有功功率指令值：若小于功率指令值，则认为受当前风速限制，风电场无法输出指定的有功功率，则计算有功功率稳定输出，有功功率波动在±7％平均功率范围内的时间为有功功率响应时间；若理论出力总和大于AGC功率指令值，则认为不是风速限制引起的，则记录该次有功功率控制响应失败；超调量σp：计算风电场接收到AGC指令后在响应时间内超调的有功功率百分比。稳态偏差Ep：响应时间结束后，计算在下一指令到达前或响应时间后10min内的风电场有功功率与AGC指令之间的差值，计算差值的平均值，得到有功功率控制的稳态偏差。式中，PAGC为AGC发出的有功功率调度指令，Pf为风电场实际输出的有功功率，Tend为10分钟或AGC下一有功功率调度指令到达前的时间，取两者中最小大的值；要求单次功率控制的响应时间不大于120s，超调量不大于15％风电场额定装机容量，稳态偏差不大于5％的风电场额定装机容量。单次有功功率控制的响应时间、超调量和稳态偏差满足以上要求，则风电场具备较好的功率控制能力。②加权平均指标计算以120s为响应时间的基数，以风电场额定装机容量为偏差的基数，计算有功功率的响应时间和偏差的百分比数值，如下式：其中：T′rp为有功功率控制响应时间的百分比数；E'p为有功功率控制稳态偏差的百分比数； Pn为风电场额定装机容量；超调量σp本就是百分比数值，通过将响应时间、稳态偏差换算为百分比数值，使三个性能指标具有相同的量纲。由对控制响应的需求可知，三个百分比指标越小，则风电场有功功率控制响应性能越好。将响应时间、超调量和偏差的三个百分比数值根据调度控制的需求赋予不同的权重，如要求较快的响应和精确的指令跟踪，设置响应时间的权重为40％，超调量的权重为20％，偏差的权重是40％，加权平均得到有功功率控制的加权平均响应指标PG，该指标数据越小，有功功率控制性能越好。PG＝0.4×T′rp+0.2×σp+0.4×E'p风电场单次有功功率控制的评价指标计算示意图如图1所示，其中Pf表示有功功率，风电场并网点有功功率设定值控制响应指标如下表1所示：表1风电场并网点有功功率设定值控制响应指标(2)无功电压控制：①响应时间和稳态偏差计算：通过风电场AVC系统和监控系统得到风电场并网点电压和调度AVC电压指令。记录风电场在收到AVC电压指令后，风电场并网点的电压数据和电压指令值，计算电压控制的响应时间TrV和稳态偏差EV。响应时间TrV：以AVC指令时刻为零时刻，计算风电场并网点实际电压与AVC指令的偏差，计算进入电压设定值的±0.7％偏差范围的时间，为响应时间。若5min内风电场不能达到电压设定值的±0.7％偏差范围内，则查看风电场装机容量与并网点电网的短路容量比。若该比值超过3％，则计算风电场并网点电压稳定在±0.7％平均电压范围内的时间。稳态偏差EV：响应时间结束后，计算在下一指令到达前或响应时间后10min内的风电场电压与AVC指令之间的差值，计算差值的平均值，得到电压控制的稳态偏差。要求单次无功电压控制的响应时间不大于30s，稳态偏差不大于0.5％的电压设定值。单次电压控制的响应时间和稳态偏差满足以上要求，则风电场具备较好的电压控制能力。②加权平均指标计算以30s为响应时间的基数，以风电场额定电压为偏差的基数，计算电压控制的响应时间和偏差的比值，如下式：其中：T′rV为无功电压控制响应时间的百分比数；E'v为无功电压控制稳态偏差的百分比数；Un为风电场额定电压；通过将响应时间、稳态偏差换算为百分比数值，使电压控制的两个性能指标具有相同的量纲。由对控制响应的需求可知，两个百分比指标越小，则风电场电压控制响应性能越好。将响应时间和稳态偏差的两个百分比数值根据调度控制的需求赋予不同的权重，如要求精确的电压控制，设置响应时间的权重为40％，稳态偏差的权重是60％，加权平均得到有功功率控制的加权平均响应指标UG，该指标数据越小，有功功率控制性能越好。UG＝0.4×T′rV+0.6×E'V风电场AVC系统调度指令电压和实际电压波形图如图2所示，其中：Ua表示风电场实际A相电压；无功电压控制响应指标如下表2所示：表2电压控制响应指标(3)月度控制响应特性评价根据单次有功功率控制和无功电压控制计算出的响应时间、超调量、稳态偏差，计算月度平均指标，得到风电场有功功率响应时间和稳态偏差的月平均值，无功电压控制的响应时间和稳态偏差的月平均值。响应时间和稳态偏差的要求与单次有功功率控制和无功电压控制的要求相同，即有功功率调节的响应时间不大于120s，超调量不大于15％风电场额定装机容量，稳态偏差不大于5％的风电场额定装机容量；电压调节的响应时间不大于30s，稳态偏差不大于0.5％的电压设定值；在单次的控制响应特性达到要求的情况下，月度控制响应特性均能达到要求；在月内有个别的单次控制响应特性未达到要求的情况下，月度控制响应特性通过计算平均值，了解和评价风电场有功功率和电压控制的稳定性能指标。根据表1和表2，计算各指标的月平均值，如表3所示。表3有功功率控制和电压控制响应指标月平均值评价项目响应时间(s)超调量(％)稳态偏差(％)有功功率控制12.672.731.9电压控制16.5--1.45本发明提供的一种基于运行数据的风电场有功功率和无功电压控制能力评价方法。通过采集风电场AGC和AVC系统的指令数据和实际功率、电压数据，计算每次有功功率控制、电压控制的响应时间、超调量和响应偏差值，并采用加权平均方式，通过给响应时间、超调量和偏差值设置不同的权重，得出风电场有功功率控制和电压控制响应特性。同时，以月为单位，计算每月有功功率控制和电压控制响应特性各项指标的平均值。从而得到基于运行数据的、多种计算方式相结合的风电场有功功率和无功电压控制的性能考核指标。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页1 2 3