专利名称：一种风电场有功功率调节方法
技术领域：
本发明涉及风电调控领域，具体地，涉及一种风电场有功功率调节方法。
背景技术：
由于全球气候变化，温室气体排放等环境问题日益严重，绿色可再生能源的开发和使用得到越来越多的重视。风电技术是目前除水电以外，最成熟、经济效益最好的一种利用可再生能源的发电技术，近年来在世界范围内迅猛发展。我国幅员辽阔，风能资源丰富，开发潜力巨大。随着风电技术的快速发展和国家政策上对绿色可再生能源的重视，我国的风电事业进入了一个快速发展的时期。2011年1月， 中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会和国际环保组织绿色和平宣布，中国已成为全球最大风电装机国。最新统计数据显示，截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达 1600万千瓦，累计装机容量达到4182. 7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。在我国，风电已经开始在节约不可再生能源，减少环境污染，缓解供电紧张等方面发挥作用。但是随着风电技术的快速推广，建设规模的不断扩大，中国风电发展目前还面临制造技术、运行管理和电网瓶颈等多个方面的现实挑战。通常，大规模的风电场都建设在较偏远地区，本地无法消化的电能，只能通过并网来实现风电资源利用的最大化。而风电功率的随机性和间歇性，接入电网后必然对电网的安全运行和电能质量造成不利影响，对系统运行调度和控制提出了更高的要求。国内外的总体研究趋向于要求大型风电场也必须像常规的能源电厂一样成为系统中有效控制的一部分，承担系统有功控制和电网频率控制的任务，因此对风电机组、风电场自身的调节能力提出了很高的要求。结合风电特点，分析风电特性，研究并提出适用于大规模风电场有功功率调节与控制方法，对提高接入后电网的安全性和电能质量，有效维护电力系统的稳定性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种快速、准确、有效的风电场有功功率调节方法，可提高风电场接入后电网的安全性和电能质量，有效维护电力系统的稳定性。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案—种风电场有功功率调节方法，通过控制风电场中风机的桨距角来限制每台风机的有功功率，从而实现整个风电场的限负荷。进一步地，所述调节方法包括初次粗调，具体包括如下步骤(1)接收电网调度指令给出的风电场全场功率限值；(2)确定风电场并网风机台数；(3)根据步骤⑴和(2)的数据，计算出单台风机功率限值；(4)根据单台风机功率限值及功率与转速的对应关系计算出单台风机的转速目标值；
(5)根据单台风机的转速目标值及转速与浆距角的对应关系计算出风机应调整得到的浆距角，进而对风电场的风机进行初次粗调控制。
进一步地，所述步骤(1)中获取电网调度指令给出的风电场全场功率限值可通过两种途径一是通过网络通讯接口自动获取，二是通过电话接收电网调度指令，手动输入风电场全场功率限值。
进一步地，所述步骤中的算法采用功率-转速PID算法。
进一步地，所述功率与转速的对应关系是根据当前风电场的近三个月历史数据中的功率和转速的对应关系绘制而成，并且在以后的风机运行过程中，会实时修正。
进一步地，所述步骤(5)中的算法采用转速-浆距角PID算法。
进一步地，在初次粗调后可进行二次微调，所述微调步骤为
按照一定的频率检测风电场出口反馈的总功率值，根据风电场出口反馈的总功率值与电网调度指令给出的风电场功率限值之间的差异，判断是否再次返回步骤G)，对所述的转速目标值进行修正微调。
进一步地，如所述风电场出口反馈的总功率值不超过电网调度指令给出的风电场功率限值，不返回步骤G)，超过则返回步骤(4)进行修正微调，所述修正微调步骤为计算风电场出口反馈的总功率值与电网调度指令给出的风电场功率限值的差值，根据功率与转速的对应关系，找出比初次粗调的转速目标值对应的功率低所述差值的转速，作为微调的转速目标值。
进一步地，如所述微调的转速目标值与初次粗调的转速目标值之间的差值大于 0. 05R/min，则需分多次微调，每次微调的转速调整幅度不大于0. 05R/min。
如上所述，本发明的风电场有功功率调节方法，可分为两个调节层次，首先根据电网调度指令给出的风电场全场功率限值对风电场参与调节的风机进行初次粗调。因为存在场耗等因素，在初次粗调后，通过监控获取的风电场功率值和风电场出口的功率值并不一样。此时再根据风电场出口功率进行二次微调，使功率调节形成一个闭环，减少输入与输出的误差比例。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点
1、本发明控制精准、快速响应、调节频率高，本发明能够将风电场功率调节精确度控制在士2%以内，在10-20s之类完成初次调节响应，微调检测频率为5秒钟。
2、本发明运行稳定、可靠性高，能够保证长时间不宕机稳定运行，且保证最少微调次数调节到位，避免频繁调节对风机设备造成磨损。
3、本发明精确调节、易于进行功能扩展，本发明允许用户根据需要锁定风电场中不参与调节的风机，另外在本发明调节功能的基础上可以提供风电场损失发电量的统计功能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明风电场有功功率调节方法的流程图。
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。
本发明主要是通过控制风机的桨距角来限制每台风机的有功功率，从而实现整个风电场的限负荷。整个调节过程分为两个重要过程，首先根据电网调度指令给出的风电场全场功率限值，对全场参与调节的风机进行初次粗调，然后再根据风电场出口功率进行二次微调，以减少风电场场耗等因素带来的误差。如图1所示，具体调节步骤如下
步骤1 本发明的输入端接收电网调度指令给出的风电场全场功率限值，获取该电网调度指令给出的风电场全场功率限值可通过两种途径一是通过网络通讯接口自动获取，二是通过电话接收电网指令，手动输入风电场全场功率限值。
步骤2 在获取调度指令之后，需确定当前风电场并网风机的台数，即参与有功功率调节的风机台数。
步骤3 根据风电场全场功率限值以及参与有功功率调节的风机台数，计算出单台风机的功率限值。
步骤4 根据现场功率与转速的对应关系，计算出每台风机的转速目标值，采用功率-转速PID算法计算。
功率与转速的对应关系是根据当前风场的近三个月历史数据中的转速和功率的对应关系绘制而成，并且在以后的风机运行过程中，会实时修正，以保证第一次调节控制的快速、精准。
步骤5 根据风机的转速目标值及转速与桨距角的关系，计算得到风机应调整到的桨距角角度值，采用转速-桨距角PID算法计算，进而对风机进行初次粗调控制，
步骤6 实现完初次粗调控制后，按照一定的频率检测风电场反馈的总功率值，根据风电场反馈的总功率值与电网调度指令给出的风电场功率限值之间的差异，判断是否再次返回步骤，根据电网调度指令和风场反馈的总功率值、转速值以及功率与转速的对应关系，对原先的转速目标值进行修正微调。
即第一次调节到位后，每隔一段时间检查风电场出口反馈的总功率值和电网调度指令给出的风电场功率限值之间的关系。如果差值在允许波动范围之内，不予再次微调。如果超过波动范围，将根据之间的差值，同时参考功率与转速的对应关系，进行相应幅度的调離iF. ο
调整过程中，采取渐进的原则，以免总功率值过大波动。
比如全场功率限制定在lOOOkw，根据转速功率对应表，第一次调整的转速值为 16. 35R/min。运行后，如果一直保持在IOOOkw波动范围内，不予调节。如果超出范围，①比如全场实际总功率为1035kw，程序会计算出差值为35kw，并且读取功率与转速对应表中， 比16. 35R/min对应的功率低35kw的转速为16. 32R/min。16. 32R/min就做为这次微调的目标值。②全场实际总功率为1075kw，程序会计算出差值为75kw，并且读取功率与转速对应表中，比16. 35R/min对应的功率低75kw的转速为16. 25R/min，会先将转速调到16. 3R/ min (控制每次调整幅度不大于0. 05R/min)，稳定一段时间后，再对比差值，进行再次调节。 以免调节过大，波动过大。
微调程序，保持轮巡。
通常在初次粗调之后，需要进行一次微调以更精准的调节功率达到目标值。在此之后，除非风电场区域的风速、风向等风况出现显著改变，则不需再进行调节控制，避免频繁调节对风机设备造成磨损。
该发明在接收一个调度指令之后，自动获取或人工输入功率限值，并且点击开始控制，之后就不用进行任何操作，程序会根据实际并网台数对风电场的有功功率进行自动调节。只有在调度指令更改之后，才需要重新控制。
上述各实施例中，各步骤的具体实现都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别步骤的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种风电场有功功率调节方法，其特征在于，通过控制风电场中风机的桨距角来限制每台风机的有功功率，从而实现整个风电场的限负荷。
2.根据权利要求1所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，所述调节方法包括初次粗调，具体包括如下步骤(1)接收电网调度指令给出的风电场全场功率限值；(2)确定风电场并网风机台数；(3)根据步骤(1)和O)的数据，计算出单台风机功率限值；(4)根据单台风机功率限值及功率与转速的对应关系计算出单台风机的转速目标值；(5)根据单台风机的转速目标值及转速与浆距角的对应关系计算出风机应调整得到的浆距角，进而对风电场的风机进行初次粗调控制。
3.根据权利要求2所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，所述步骤(1)中获取电网调度指令给出的风电场全场功率限值可通过两种途径一是通过网络通讯接口自动获取，二是通过电话接收电网调度指令，手动输入风电场全场功率限值。
4.根据权利要求2所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，所述步骤(4)中的算法采用功率-转速PID算法。
5.根据权利要求4所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，所述功率与转速的对应关系是根据当前风电场的近三个月历史数据中的功率和转速的对应关系绘制而成，并且在以后的风机运行过程中，会实时修正。
6.根据权利要求4所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，所述步骤(5)中的算法采用转速-浆距角PID算法。
7.根据权利要求2-6任一项所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，在初次粗调后可进行二次微调，所述微调步骤为按照一定的频率检测风电场出口反馈的总功率值，根据风电场出口反馈的总功率值与电网调度指令给出的风电场功率限值之间的差异，判断是否再次返回步骤，对所述的转速目标值进行修正微调。
8.根据权利要求7所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，如所述风电场出口反馈的总功率值不超过电网调度指令给出的风电场功率限值，不返回步骤G)，超过则返回步骤(4)进行修正微调，所述修正微调步骤为计算风电场出口反馈的总功率值与电网调度指令给出的风电场功率限值的差值，根据功率与转速的对应关系，找出比初次粗调的转速目标值对应的功率低所述差值的转速，作为微调的转速目标值。
9.根据权利要求8所述的风电场有功功率调节方法，其特征在于，如所述微调的转速目标值与初次粗调的转速目标值之间的差值大于0. 05R/min，则需分多次微调，每次微调的转速调整幅度不大于0. 05R/min。
全文摘要
本发明公开了一种风电场有功功率调节方法，通过控制风电场中风机的桨距角来限制每台风机的有功功率，从而实现整个风电场的限负荷；有功功率调节过程可分为初次粗调和二次微调两个层次，使功率调节形成一个闭环，有效减少输入与输出的误差比例。本发明采取以上技术方案，可快速、准确、有效的调控风电场的有功功率，提高风电场接入后电网的安全性和电能质量，有效维护电力系统的稳定性。
文档编号F03D9/00GK102518560SQ20111045407
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者冯健, 刘红, 单娜, 吉国华, 柯超, 王桢, 袁凌, 鄢建红, 黄涛 申请人:北京国电思达科技有限公司