基于PI控制器的风电场级能量智能控制系统及方法与流程

本发明涉及风力发电控制技术领域，特别是涉及一种基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统及方法。

背景技术：

风电场能量控制系统，又称风电场能量管理平台，是指当电网调度给风电场给出发电负荷调度指令时，要求风电场能量管理平台按照电网调度指令在规定的时间内，能够通过相关的分配控制策略将全场发上网电量调高或调低，以此来保持电力系统稳定。

目前的风电场级能量控制系统的技术方向，主要是考虑如何通过相关的调整策略将场级能量进行调整。申请号为201710334773.7的专利，公布了一种通过大量采集风电场气象数据和运行数据作为参考量、统计每台风力发电机组故障概率、建立每台风力发电机组的数据特征库的技术手段来区别选择最适合当前环境和能力需求的风力发电机组，进行风力发电机组的组合控制，来实现管理风电场能量的目标。

此技术需要需要收集大量数据，并且建立特征库，不方便实施和运用。

申请号为201811072560.2的专利，公布了一种通过转速、转矩区分风机是否在柔塔共振区的方法，来区分出可调功率和不可调功率的风机，作为能量调度的分配参考，目的在于减少机组频繁穿越柔塔共振区的次数。

此技术方法仅适用于柔塔风机，并且受穿越区的制约、同时机组转速转矩实时变化难以判断，所以难以实现短周期、高效率的分配调整。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统及方法，适应电网对场级能量管理系统的快速精准响应性要求，能够在短时间内仅依靠当前风电场实发功率为反馈信息进行短周期快速调整值电网调度能量目标值。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统，所述系统包括：求和模块，用于对风电场内各个风电机组的实发功率值求和，得到风电场级的实发功率值；偏差计算模块，连接至所述求和模块，用于计算所述风电场级的实发功率值与风电场级功率控制目标值之间的偏差值；pi控制器，连接至所述偏差计算模块，用于对所述偏差值进行比例、积分运算，得到风电场级能量进行控制的调整值。

在一些实施方式中，在任何一调整周期内，都将上一周期调整后的场级实发功率作为反馈信息，供pi控制器进行本周期的计算调整。

在一些实施方式中，还包括：分配模块，连接至所述pi控制器，用于将风电场级能量进行控制的调整值分配为提供各个风电机组的调整值。

在一些实施方式中，还包括：机组级偏差计算模块，将单机组实发功率和单个机组调整值做比较，计算单机组实发功率与单机组调整值之间的偏差，得到单台机组能量设定值。

在一些实施方式中，还包括：机组级低通滤波器，用于对输入的单机组实发功率进行低通滤波。

在一些实施方式中，还包括：机组级输入限幅变换器，用于对输入至机组级偏差计算模块的单机组实发功率进行限幅变换；机组级输出限幅变换器，用于对由机组级偏差计算模块输出的单台机组能量设定值进行限幅变换。

在一些实施方式中，还包括：功率选择模块，用于对各个风电机组的实发功率进行选择输出；关口表，用于采集风电场关口表测量的出口能量负荷；选取模块，分别连接至所述功率选择模块、所述关口表及所述求和模块，用于对所述功率选择模块、所述关口表及所述求和模块的输出值进行选取输出。

在一些实施方式中，还包括：低通滤波器，连接至所述选取模块，用于对所述选取模块输出的信号进行低通滤波。

此外，本发明还提供了一种基于pi控制器的风电场级能量智能控制方法，所述方法包括：对风电场内各个风电机组的实发功率值求和，得到风电场级的实发功率值；计算所述风电场级的实发功率值与风电场级功率控制目标值之间的偏差值；对所述偏差值进行比例、积分运算，得到风电场级能量进行控制的调整值。

在一些实施方式中，还包括：将风电场级能量进行控制的调整值分配给风电场内的各个风电机组；将当前单台机组的实发能量作为反馈信息，结合单台的调整值，将该单台机组的目标功率设定值直接下发给机组。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明的特点是使用pi控制器，以当前全场实发能量为控制输入，以电网调度值为控制目标值，计算得出每个周期的场级能量调整值δ，然后将其下发给全场可调整的单台机组。本发明使用pi控制器调整的系统具有信息输入需求少、实时控制效果好、调整精准的优点。

本发明的另一个特点是，本系统为闭环反馈控制系统，在任何一调整周期内，都将上一周期调整后的场级实发能量作为反馈信息，供pi控制器进行本周期的计算调整。

本发明还有一个特点是，在单台能量值的设定中，也使用了闭环反馈系统，将当前单台机组的实发能量作为反馈信息，结合单台的调整值，将该单台机组的目标功率设定值直接下发给机组，而不是将单台调整值下发给机组。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例提供的基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的分配模块的结构图；

图3是本发明实施例提供的机组级控制系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的基于pi控制器的风电场级能量智能控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对以上背景技术提到的问题，本发明给出一种基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统及方法。该系统及方法保证在网调下发能量指令时，通过基于pi控制器的控制策略在最短时间内调整至目标值，本发明给出的控制策略为实时反馈动态调整系统，可以接受网调动态变化的能量指令。

本文中将用到的相关术语符号：

pset指网调下发给风电场场级的功率目标值。

p1、p2、……、pn指风电场内每个单台风电机组的当前实发功率。

psetn指通过能量控制策略计算之后下发给单台的功率目标值。

tstep指能量控制系统的时间步长。

δ指通过pi控制器计算后全场需要调整的总能量。

δn指通过分配模块需要调整的总能量分配到单台风机的能量调整值。

∑指对全场所有单台机组功率求和。

lowpass指低通滤波器模块。

以下给出了本发明的技术说明及控制原理：

图1示出了本发明实施例提供的基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统的结构图。参见图1，在基于pi控制器的风电场级能量智能控制系统中，求和模块对各个机组的实发功率进行求和。偏差计算模块对求和得到的场级实发功率∑pn与目标功率pset进行比较，得到二者之间的偏差。pi控制器再根据上述的偏差进行比例、积分运算，得到场级的能量调整值δ。

进一步的，在偏差计算模块与求和模块之间，还连接有低通滤波器及选取模块。低通滤波器的作用是对由选择模块输出的数据信号进行低通滤波，去除高频干扰。

除了与求和模块连接以外，选取模块的输入端还被分别连接至功能选择模块及关口表。功能选择模块的作用在于对各个风电机组的实发功率进行选择输出。关口表的作用则在于采集风电场关口表测量的出口能量负荷。另外，功能选择模块还可以被用来选择输出除了机组实发功率以外的其他机组运行参数。

选取模块可以在机组多种不同的实测参数之间做选择，以便在控制中实际需要使用的控制产量被输出至下一个控制元件。同时选取模块还可以在属于不同机组的参数之间做选择，比如，选取模块可以选择对风电场内的部分机组的实测参数进行输出，而对另外一些机组参数不予输出。

在第n个周期内：

当网调给出目标功率pset的同时，本系统实时接收通过对所有单台风机p1、p2、……、pn功率求和得到的场级实发功率，同时采集风电场关口表测量的出口能量负荷。通过对全场能量和关口表的数据进行整理加工，使用低通滤波器滤去干扰谐波后，作为pi控制器的当前全场能量反馈值；同时将pset作为pi控制器的控制目标值。pi控制器在控制步长内通过比例、积分计算，得出该调整周期内需要调整的场级能量变动值δ。注意，此处δ是本控制周期的pi控制器的能量调整值，并不一定等于网调目标值和当前实发能量的代数差。

通过pi控制得到该周期调整值δ之后，接下来将进行单机调整。图2级图3示出了对单机组进行能量调整的控制器的结构。参见图2及图3，通过能量分配模块将δ值对应的分配到当前全场可调整的每台机组，其每台机组调整能量为δn，系统对每台单机当前的实发功率pn和调整值δn对比，得到当前该单台机组的功率目标设定值psetn。

以上过程中当网调给定的能量负荷需要上调时，δ＞0，相应的δn＞0，psetn＞pn；当网调给定的能量负荷需要下调时，δ＜0，相应的δn＜0,psetn＜pn。

在第n+1周期内：

在本周期仍然执行上述第n周期内的控制过程。由于风况的实时变化以及被控制对象的执行偏差，在第n+1周期内仍然将当前pset作为控制目标值，将全场实发能量∑pn作为上一控制周期执行反馈，通过pi控制调整偏差，得出本周期内的调整值δ，通过分配模块得到相应的单台机组的能量调整值δn、将单台实发功率pn和δn做比较得出本周期单台机组能量设定值psetn。

本系统每个周期都通过pi控制器纠正偏差给出新的调整值δ，然后分配至单台予以能量调整，消除风况变化产生的误差，以达到对风电场级能量实时精准的控制在目标值上的目的。

图4示出了本发明实施例提供的基于pi控制器的风电场级能量智能控制方法的流程图。参见图4，基于pi控制器的风电场级能量智能控制方法包括：

s41，对风电场内各个风电机组的实发功率值求和，得到风电场级的实发功率值。

s42，计算所述风电场级的实发功率值与风电场级功率控制目标值之间的偏差值。

s43，对所述偏差值进行比例、积分运算，得到风电场级能量进行控制的调整值。

s44，将风电场级能量进行控制的调整值分配给风电场内的各个风电机组。

s45，将当前单台机组的实发能量作为反馈信息，结合单台的调整值，将该单台机组的目标功率设定值直接下发给机组。

在上述基于pi控制器的风电场级能量智能控制方法的执行过程中，步骤s44与步骤s45为可选步骤。

本发明的目的是，适应电网对场级能量管理系统的快速精准响应性要求，能够在短时间内仅依靠当前风电场实发功率为反馈信息进行短周期快速调整值电网调度能量目标值。

本发明的有益效果是，相比当前需要采集大量数据来进行场级能量控制的复杂系统来说，本系统不需要进行复杂的逻辑条件判断，提高了系统执行效率，具有简单可靠高效率的特点。本发明的应用效果在实际风电场通过验证。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。