一种风电场功率协同控制方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风电场功率协同控制方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 风力发电已经成为具有商业竞争力的可再生能源发电方式，如何有效提高对有限 风资源的利用率、风电场的运行效率以及风电场电能产量成为风电运营商面临的重大问 题。传统的风电控制，普遍采用单机最大功率追踪（MPPT)控制方案，主要是对单台风电机 组进行孤立的最优控制，使单台风电机组接受有效风速来调节风轮转速以获取最优风能利 用系数，从而实现单机风能捕获最大化。事实上，由于受到有限的风电场空间、风电场地形、 各机组间的尾流效应以及各机组运行和维护不同状态等因素的影响，风电场各机组间并非 孤立运行，而是相互影响、相互制约的，这就导致了传统的风电场控制方案和控制模式无法 实现风电场全场发电功率最优化以及经济效益最大化的效果。
[0003]目前常规的风电场控制系统追求风电场全场发电量最大化，没有考虑机组高负荷 运行时的维护、检修，备品备件频繁更换的费用以及增加的相关人力资源成本，出现了虽然 可实现风电场全场发电量最大化，但是整体经济效益下滑的问题。在实际中，风电场经常出 现恶劣风况，导致机组停机，但是恶劣风况中，产生的极限风速持续时间很短，如果一直停 机，就无法利用恶劣风况中相对平缓的风力资源，从而损失了这部分发电量。风电场机组的 运维及检修均采用常规计划维护和临时问题状况维护模式，合理性和高效性均受到很大限 制，而更高效的维护模式需要长时间的风场摸索和运行维护积累来产生，这期间要浪费大 量的人力物力。
[0004] 由此可见，上述现有的传统风电控制方法及其系统在结构、方法与使用上，显然存 在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种使风电场全场机组发电功率最 优化以及经济效益最大化的新的一种风电场功率协同控制方法及其系统，实属当前重要 研发课题之一。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种风电场功率协同控制方法及其系统，使其能 够实现风电场全场发电量最优化和经济效益最大化，规避恶劣风况，合理利用风电机组，同 时，为合理安排风电场运维工作提供数据条件，从而克服现有技术的不足。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明一种风电场功率协同控制方法，包括以下步骤：根据 风电机在风场中的地理位置排布，将风场内风电机分为m组，次序从上风向到下风向分别
记为第1、2、3、…、m组，每组包含的风电机数量为Oj,则风场内风电机的总数量 整场发电功率为」
，其中％是第j组发电机的发电系数，Pk是第k台风电 机的输出功率，..
，所述P表不空气密度，a是轴向诱导因子，A表不风轮 扫风面积，Vk表示第k台风电机所处位置的风速；通过寻优方法求得P最大时对应的一组 a 将α Λ作为每台风电机的功率限值实施控制。
[0007] 此外，本发明还提供了基于上述方法的风电机功率协同控制系统，包括数据信息 采集子系统、云平台评估优化子系统、风电场协同控制子系统以及系统数据库子系统；所述 系统数据库子系统的输入接口分别与所述数据信息采集子系统、所述云平台评估优化子系 统以及所述风电场协同控制子系统的输出接口通信连接；所述云平台评估优化子系统用于 执行上述的方法，其输入接口分别与数据信息采集子系统的输出接口以及所述系统数据库 子系统的输出接口通信连接，并接收数据信息采集子系统以及系统数据库子系统发送的数 据信息；所述云平台评估优化子系统的输出接口还与所述风电场协同控制子系统的输入接 口通信连接，将得到的α Λ作为每台风电机的功率限值传递给所述风电场协同控制子系 统和系统数据库子系统。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述系统数据库子系统的输出接口还与风电场数据中心 通信连接。
[0009] 作为进一步改进，所述风电场协同控制子系统的输出接口与各风电机组以及风电 场维护检修部门客户端通信连接。
[0010] 作为进一步改进，所述数据信息采集子系统的数据输入接口由相互独立设置的风 电场风功率预测系统数据接口，机组运营维护数据接口，风电场环境、地形数据接口，SCADA 系统接口以及电网调度指令接口组成。
[0011] 作为进一步改进，所述风电场协同控制子系统包括风电场协调控制模块、风电场 各运行机组控制指令发送模块以及风电场各停运机组维护检修指令发送模块，所述风电场 各运行机组控制指令发送模块以及所述风电场各停运机组维护检修指令发送模块的输入 接口分别与所述风电场协调控制模块的输出接口连接，输出接口分别通过风电场协同控制 子系统的输出接口与各机组以及风电场维护检修部门通信连接，所述风电场协调控制模块 通过风电场协同控制子系统的输入接口接收云平台评估优化子系统输出的数据。
[0012] 作为进一步改进，所述风电场各运行机组控制指令发送模块的输出接口通过所述 风电场协同控制子系统的输出接口与各运行机组通信连接，所述风电场各停运机组维护检 修指令发送模块通过所述风电场协同控制子系统的输出接口与各停运机组以及风电场维 修检修部门通信连接。
[0013] 作为进一步改进，所述系统数据库子系统包括系统数据库以及系统自学习与优化 修正模块，所述系统数据库的输入接口通过系统数据库子系统的输入接口接收来自数据信 息采集子系统、云平台评估优化子系统以及风电场协同控制子系统的数据并存储，所述系 统自学习与优化修正模块将系统优化修正数据发送至云平台评估优化子系统。
[0014] 采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
[0015] 1、本发明通过系统智能优化，首先实现风电场各机组的个性化和精细化控制，减 少风电场尾流效应以及气象、地形及空间的影响和限制，实现各机组的最优发电；
[0016] 2、本发明合理安排机组的维护和检修，降低备品备件更换频率，减少人力资源成 本，达到风电场全场发电量最优化目的的同时，降低风电场运维成本，实现经济效益最大 化；
[0017] 3、本发明根据风电场各类数据综合分析和判断，精确预测极限风速出现的位置和 时间，更加合理地安排各机位机组的停开机，利用相对平缓的风力资源，提升整体发电量；
[0018] 4、本发明通过在其他行业成熟应用的人工智能技术和高效优化算法，在短时间内 就能实现风电场机组高效地运维及检修，降低了人力物力成本，提高了风电场经济效益。
【附图说明】
[0019] 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。
[0020] 图1是本发明一种风电场功率协同控制系统的结构示意图。
[0021] 图2是本发明一种风电场功率协同控制系统内的数据信息采集子系统的结构示 意图。
[0022] 图3是本发明一种风电场功率协同控制系统内的云平台评估优化子系统的结构 示意图。
[0023] 图4是本发明一种风电场功率协同控制系统内的风电场协同控制子系统的结构 示意图。
[0024] 图5是本发明一种风电场功率协同控制系统内的系统数据库子系统的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0025] 一种风电场功率协同控制方法，包括以下步骤：
[0026] 根据风电机在风场中的地理位置排布，将风场内风电机分为m组，次序从上风向 到下风向分别记为第1、2、3、…、m组，每组包含的风电机数量为1，则风场内风电机的总数
其中％是第j组发电机的发电系数，Pg 第k台风电机的输出功率：
所述P表不空气密度，a是轴向诱导因子， A表示风轮扫风面积，Vk表示第k台风电机所处位置的风速；
[0027] 通过寻优方法求得P最大时对应的一组a j;
[0028] 将α &作为每台风电机的功率限值实施控制。
[0029] 基于上述方法的一种风电场功率协同控制系统包括数据信息采集子系统、云平台 评估优化子系统、风电场协同控制子系统以及系统数据库子系统；系统数据库子系统的输 入接口分别与数据信息采集子系统、云平台评估优化子系统以及风电场协同控制子系统的 输出接口通信连接；云平台评估优化子系统用于执行本发明风电场功率协同控制方法，其 输入接口分别与数据信息采集子系统的输出接口以及系统数据库子系统的输出接口通信 连接，并接收数据信息采集子系统以及系统数据库子系统发送的数据信息；云平台评估优 化子系统的输出接口还与风电场协同控制子系统的输入接口通信连接，将得到的α &作 为每台风电机的功率限值传递给所述风电场协同控制子系统和系统数据库子系统。
[0030] 更进一步具体来讲，系统数据库子系统的输出接口还与风电场数据中心通信连 接。风电场协同控制子系统的输出接口与各风电机组以及风电场维护检修部门客户端通信 连接。
[0031] 数据信息采集子系统的数据输入接口由相互独立设置的风电场风功率预测系统 数据接口，机组运营维护数据接口，风电场环境、地形数据接口，SCADA系统接口以及电网调 度指令接口组成。
[0032] 云平台评估优化子系统包括风电场数据分析挖掘模块以及全局优化智能算法模 块，风电场数据分析挖掘模块通过云平台评估优化子系统的输入接口接收数据信息采集子 系统以及系统数据库子系统发送的数据信息，全局优化智能算法模块接收并计算风电场数 据分析挖掘模块提供的数据，并通过云平台评估优化子系统的输出接口发送给风电场协同 控制子系统以及