一种风电场场级控制系统和方法与流程

1.本发明涉及风力发电机组控制技术领域，尤其是涉及一种风电场场级控制系统和方法。


背景技术：

2.在全球能源供应紧张、环境问题日益突出的大背景下，风能因其储量巨大、分布广泛、清洁无污染和可再生等优势，越来越受到广泛关注；同时，在国家大力发展新能源的政策支持下，各风电公司都加快了风电项目投资建设的步伐。但是大规模的风电场集中建设，不仅给风电公司的运营管理带来困难，也给电网的调度带来诸多问题。随着我国能源转型和风电发电技术的高速发展，中国新增风电并网装机容量近些年来大幅增加。但是风能本身具有不稳定性，随机性显著；当大容量风电场接入电网时，必须考虑到电网的稳定性、安全性、经济性、调度可靠性。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种风电场内高频速率采集控制系统及方法”，其公告号为“cn109038830a”， 本发明公开了一种风电场内高频速率采集控制系统，包括风电场端控制器和与其连接的多个风电机组端控制器。每个风电机组端控制器均包括高频数据采集模块，用于按照毫秒级速率采集和传输各风电机组运行数据，接收风电场端控制器下发的指令信息传输至风电机组控制系统。风电场端控制器用于接收、筛选、记录、评估各风电机组运行数据，得出风电场内各风电机组的微观调控运行策略，再将指令信息分别传输至多个高频数据采集模块中。还公开了风电场内高频速率采集控制方法。本发明通过毫秒级速率采集和传输各风电机组运行数据，实现风电场由宏观至微观的调控，真正实现高效发电，提升风资源利用率，平衡上网最大发电量，高效响应电网对风电场的电力需求。但是并未对控制方法和策略做出详述。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决风电场各机组运行状态不同，采用平均分配和按风速权重分配的方法将调度中心的功率给定分配给风电场每台机组的话会导致某些机组发电能力有余，而某些机组载荷过大的问题。提供一种风电场场级控制系统和方法，围绕风电场有功功率分配控制问题，综合考虑风况、机组功率调节能力和运行状态的有功功率分配策略，确保风电场有功功率分配的最优化，从而提升大容量风电场的电网友好性。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种风电场场级控制系统，其特征是，包括调度指令分配单元、风场综合风况感知系统，风场综合风况评估系统，调度指令接收单元，调度指令比较单元，机组调节能力捕捉系统，机组调节能力评估系统和最优功率分配方法模块，所述风场综合风况感知系统，风场综合风况评估系统，机组调节能力捕捉系统和机组调节能力评估系统均为集成单元，所述风场综合风况感知系统，调度指令接收单元和机组调节能力捕捉系统的输入端均与调度指令分配单元的输出端相连，所述风场综合风况评估系统，调度指令比较单元和机组调节能力评估系统的输出端均与最优功率分配方法
模块的输入端相连，所述风场综合风况感知系统的输出端与风场综合风况评估系统的输入端相连，所述调度指令接受单元的输出端和调度指令比较单元的输入端相连，所述机组调节能力捕捉系统的输出端与机组调节能力评估系统的输入端相连。调度指令分配单元将不同的风况信息调度分配到对应的风况感知系统，预处理分布后传递给风场综合风况评估系统，同时，调度指令分配单元也将机组功率调节能力信息分配给机组调节捕捉系统的各个单元，预处理后分别传递给机组调度能力评估系统中的各个单元，而风电机组输出有功功率相关参数由调度指令分配单元传递给调度指令接受单元，并经过预处理后进入调度指令比较单元。三条支路经过各自的评估和比较后，按整场发电功率最优化，最优功率分配方法h选择单元做出决策，择出最佳的风电场有功功率分配方法。
6.作为优选，所述风场综合风况感知系统内设有若干个风速感知单元、风向感知单元、湍流强度感知单元和风剪切感知单元。但不限于风杯式风速风向仪，超声波风速风向仪，机载式激光测风雷达，地基式激光测风雷达设备。
7.作为优选，所述风场综合风况评估系统内设有若干个风速评估单元、风向评估单元、湍流强度评估单元和风剪切评估单元。
8.作为优选，所述机组调节能力捕捉系统内设有机组实时功率监测系统、机组实时转速监测系统、机组实时桨距角监测系统和机组实时转矩监测系统。
9.作为优选，所述机组调节能力评估系统内设有机组功率变化幅值及速率评估单元、机组转速变化幅值及速率评估单元、机组桨距角变化幅值及速率评估单元和机组转矩变化幅值及速率评估单元。
10.作为优选，所述风速测定单元，风向感知单元，湍流强度感知单元和风剪切感知单元的输出端分别与风速评估单元，风向评估单元，湍流强度评估单元和风剪切评估单元的输入端连接；所述组实时功率监测系统，机组实时转速监测系统，机组实时桨距角监测系统和机组实时转矩监测系统的输出端分别与机组功率变化幅值及速率评估单元，机组转速变化幅值及速率评估单元，机组桨距角变化幅值及速率评估单元和机组转矩变化幅值及速率评估单元的输入端连接。
11.一种风电场场级控制方法，采用于上述的一种风电场场级控制系统，包括以下步骤：s1，风场综合风况感知系统分别从调度指令分配单元中接收风速、风向、湍流强度和风剪切信息，预处理分布后传递给风场综合风况评估系统；s2，机组调节能力捕捉系统从调度指令分配单元中获取机组功率调节能力信息，预处理后分别传递给机组调节能力评估系统；s3，调度指令接收单元获取风电机组输出有功功率相关参数，预处理后传递给调度指令比较单元；s4，风场综合风况评估系统、调度指令比较单元和机组调度能力评估系统输出比较结果到最优功率分配方法模块，综合各比较结果后，最优功率分配方法模块选择单元做出决策，择出最佳的风电场有功功率分配方法。
12.作为优选，所述步骤s1中的数据预处理方式包括对风速，风向进行平滑滤波和异常值剔除处理，步骤s1求出评估周期内的平均风速，平均风向，平均湍流强度和平均风剪切系数。
13.作为优选，所述步骤s4中具体的分配方法为根据各机组平均分配策略，按风速分配策略，按载荷优化分配策略等功率分配策略进行整场发电功率模拟计算，综合各比较结果后，按整场发电功率最优化，对各策略做出排位比较，最优功率分配方法选择单元做出决策，择出最佳的风电场有功功率分配方法。
14.因此，本发明具有如下的有益效果：通过风场综合风况感知系统、风况测定单元、有功功率参数获取单元、机组功率调节能力捕捉单元、风况评估单元、有功功率参数比较单元、机组功率调节能力比较单元和最优有功功率分配方法选择单元的协同工作，以实现将n种待选的风电场有功功率分配方法在实际的风电控制系统下进行对比，综合考虑风况、机组功率调节能力和运行状态的有功功率分配策略，筛选出最佳的有功功率分配方法，确保风电场有功功率分配的最优化。
附图说明
15.图1是本发明的总体系统框架图；图2是本发明中风场综合风况感知系统和风场综合风况评估系统的框架图；图3是本发明中机组调度能力捕捉系统和机组调度能力评估系统的框架图。
具体实施方式
16.实施例1本实施例提出一种风电场场级控制系统，参考图1，包括调度指令分配单元a、风场综合风况感知系统b，风场综合风况评估系统e，调度指令接收单元c，调度指令比较单元f，机组调节能力捕捉系统d，机组调节能力评估系统g和最优功率分配方法模块h，所述风场综合风况感知系统b，风场综合风况评估系统e，机组调节能力捕捉系统d和机组调节能力评估系统g均为集成单元，所述风场综合风况感知系统b，调度指令接收单元c和机组调节能力捕捉系统d的输入端均与调度指令分配单元a的输出端相连，所述风场综合风况评估系统e，调度指令比较单元f和机组调节能力评估系统g的输出端均与最优功率分配方法模块h的输入端相连，所述风场综合风况感知系统b的输出端与风场综合风况评估系统e的输入端相连，所述调度指令接受单元c的输出端和调度指令比较单元f的输入端相连，所述机组调节能力捕捉系统d的输出端与机组调节能力评估系统g的输入端相连。
17.参考图2和图3，所述风场综合风况感知系统b内设有若干个风速感知单元b1、风向感知单元b2、湍流强度感知单元b3和风剪切感知单元b4。所述风场综合风况评估系统e内设有若干个风速评估单元e1、风向评估单元e2、湍流强度评估单元e3和风剪切评估单元e4。所述机组调节能力捕捉系统d内设有机组实时功率监测系统d1、机组实时转速监测系统d2、机组实时桨距角监测系统d3和机组实时转矩监测系统d4。所述机组调节能力评估系统g内设有机组功率变化幅值及速率评估单元g1、机组转速变化幅值及速率评估单元g2、机组桨距角变化幅值及速率评估单元g3和机组转矩变化幅值及速率评估单元g4。所述风速感知单元b1，风向感知单元b2，湍流强度感知单元b3和风剪切感知单元b4的输出端分别与风速评估单元e1，风向评估单元e2，湍流强度评估单元e3和风剪切评估单元e4的输入端连接；所述组实时功率监测系统d1，机组实时转速监测系统d2，机组实时桨距角监测系统d3和机组实时转矩监测系统d4的输出端分别与机组功率变化幅值及速率评估单元g1，机组转速变化幅值
及速率评估单元g2，机组桨距角变化幅值及速率评估单元g3和机组转矩变化幅值及速率评估单元g4的输入端连接。
18.本发明还包括一种风电场场级控制方法，包括以下步骤：s1，风场综合风况感知系统分别从调度指令分配单元中接收风速、风向、湍流强度和风剪切信息，预处理分布后传递给风场综合风况评估系统；s2，机组调节能力捕捉系统从调度指令分配单元中获取机组功率调节能力信息，预处理后分别传递给机组调节能力评估系统；s3，调度指令接收单元获取风电机组输出有功功率相关参数，预处理后传递给调度指令比较单元；s4，风场综合风况评估系统、调度指令比较单元和机组调度能力评估系统输出比较结果到最优功率分配方法模块，综合各比较结果后，最优功率分配方法模块选择单元做出决策，择出最佳的风电场有功功率分配方法。
19.步骤s1中的数据预处理方式包括对风速，风向进行平滑滤波和异常值剔除处理，步骤s1求出评估周期内的平均风速，平均风向，平均湍流强度和平均风剪切系数。步骤s4中具体的分配方法为根据各机组平均分配策略，按风速分配策略，按载荷优化分配策略等功率分配策略进行整场发电功率模拟计算，综合各比较结果后，按整场发电功率最优化，对各策略做出排位比较，最优功率分配方法选择单元做出决策，择出最佳的风电场有功功率分配方法。
20.实施例2具体的，调度指令分配单元将风速信息分配给风场综合风况感知系统中的风速感知单元后，对风速信息进行预处理后进行到风速评估单元，对风速信息进行平滑滤波处理，处理完成后进行初步筛选，在风速评估单元中设有异常值剔除模块，该模块内设有大量风场风速信息，大量风速信息形成一个数据模型，单独的风速信息直接与数据模型进行阙值判定，当风速值大小在数据模型之间时，即成功通过初步筛选。当风速信息为连续区域性信息时，将风速值转化为波形信号，调用出数据模型中最接近的数据段，两者进行波形拟合对比，波形误差在1%内时，即确定连续区域性风速信息通过初步筛选，在风速信息通过初步筛选后，即输出到最优功率分配方法模块中，等待与其他风况数据、调度指令和机组实时信息的综合分配结果。