一种风电场有功功率调节方法、装置及电子设备与流程

1.本技术涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电场有功功率调节方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.由于风能的不稳定性，导致了风电场并网发电有别于传统的发电方式，风能的发电有功功率需要依据电网调度的指令做到较好的跟随特性，故功率调节技术是当今大型风电机组的关键技术之一，决定着风电机组和电网的稳定性。
3.由于风机存在运行地点风况不同，每种类型风机功率曲线不统一的问题，目前现有风电机组功率分配基本都采用平均分配方式，不能合理的为每一台风机的实际状态计算功率设定值，解决每台风机分配功率不适宜的问题，所以在实际功率控制过程中，不能平稳和精准的跟随电网调度的功率设定要求，在计划内上升达到要求的设定值。因此，现有的风电场分配功率时没有考虑到风况条件及风机本身的运行状态，存在部分风机无法达到预期功率设定目标，导致风电场输出功率的稳定性和准确率低的问题。


技术实现要素：

4.为此，本技术的实施例提供了一种风电场有功功率调节方法、装置及电子设备，能够在风电场在当前风况下输出的有功无法达到预期功率设定目标时进行升功率调节，具体技术方案内容如下：
5.第一方面，本技术实施例提供了一种风电场有功功率调节方法，该方法应用于风电场功率调节设备，该方法包括：根据风电场中每台风机的风机状态将各风机划分为故障停机风机、运行风机和可开机风机；
6.获取各运行风机的实时功率、周围风速和叶片变桨角度，选取叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机，根据风速-功率曲线和叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机的周围风速确定该运行风机的最大可发功率，并根据该运行风机的最大可发功率和实时功率确定该运行风机的功率余量值；
7.将功率余量值大于0的运行风机和各可开机风机放入功率可上升风机队列；
8.根据接收到的电网有功功率指令和风电场的实际输出有功功率值确定总功率偏差值，根据总功率偏差值确定风电场的参考总功率增量值；当参考总功率增量值大于0时，对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
9.在其中一个实施例中，根据接收到的电网有功功率指令和风电场的实际输出有功功率值确定总功率偏差值，包括：获取电网有功功率指令对应的电网有功功率设定值，并对电网有功功率设定值与风电场的实际输出有功功率值进行差值计算，得到总功率偏差值。
10.在其中一个实施例中，上述根据总功率偏差值确定风电场的参考总功率增量值，包括：将总功率偏差值输入到pi控制器中进行计算，得到参考总功率增量值。
11.在其中一个实施例中，上述方法还包括：获取功率可上升风机队列中的各台运行
风机的功率余量值，通过求和计算得到功率可上升风机队列中对应的总功率余量值；当参考总功率增量值大于0时，对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节，包括：当参考总功率增量值大于0时，计算参考总功率增量值与预设可调余量系数的乘积值。
12.若总功率余量值大于等于上述乘积值，则按照第一功率分配方式对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节；若总功率余量值小于上述乘积值，则按照第二功率分配方式对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
13.在其中一个实施例中，上述第一功率分配方式为仅对功率可上升风机队列中的运行风机进行升功率调节，以使各运行风机的实际工作功率达到第一目标分配功率。
14.在其中一个实施例中，上述第二功率分配方式由功率可上升风机队列中运行风机和可开机风机共同进行升功率调节，以使各运行风机的实际工作功率达到第二目标分配功率，且各可开机风机的实际工作功率达到第三目标分配功率。
15.在其中一个实施例中，上述第一目标分配功率为基于预设的第一功率分配公式根据每台运行风机的最大可发功率、释放功率系数、额定功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台运行风机的分配功率
16.在其中一个实施例中，上述第二目标分配功率为基于预设的第二功率分配公式根据每台运行风机的最大可发功率、释放功率系数、额定功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台运行风机的分配功率；上述第三目标分配功率为基于预设的第三功率分配公式根据每台可开机风机的最大可发功率、释放功率系数、最小运行功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台可开机风机的分配功率。
17.第二方面，本技术实施例提供了一种风电场有功功率调节装置，该装置应用于风电场功率调节设备，该装置包括：
18.风机分类模块，用于根据风电场中每台风机的风机状态将各风机划分为故障停机风机、运行风机和可开机风机；
19.功率余量计算模块，用于获取各运行风机的实时功率、周围风速和叶片变桨角度，选取叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机，根据风速-功率曲线和叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机的周围风速确定该运行风机的最大可发功率，并根据该运行风机的最大可发功率和实时功率确定该运行风机的功率余量值；
20.功率可上升风机分配模块，将功率余量值大于0的运行风机和各可开机风机放入功率可上升风机队列；
21.风机功率调节模块，用于根据接收到的电网有功功率指令和风电场的实际输出有功功率值确定总功率偏差值，根据总功率偏差值确定风电场的参考总功率增量值；当参考总功率增量值大于0时，对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
22.第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时执行如上述任一实施例的一种风电场有功功率调节方法的步骤。
23.综上所述，与现有技术相比，本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
24.本技术提出的方法能够根据风机状态划分成不同的机组，引入风速和风机叶片变桨角度这两个重要参数，精准计算出了正在运行的风机的功率余量，通过计算风电场并网
点的实际总功率，即参考总功率增量来判断风电场是否达到了电网规定的有功功率设定值，在未达到有功功率设定值时根据功率余量进行升功率调节。本技术能够在风电场在当前风况下输出的有功功率无法达到预期功率设定目标时对风电场的风机进行升功率调节，达到了提高风电场功率调节准确性和稳定性的效果。
附图说明
25.图1为本技术一个示例性实施例提供的一种风电场有功功率调节方法的流程图。
26.图2为本技术一个示例性实施例提供的对风机进行升功率调节步骤的流程图。
27.图3为本技术一个示例性实施例提供的一种风电场有功功率调节装置的结构图。
具体实施方式
28.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.下面结合说明书附图对本技术实施例作进一步详细描述。
31.请参见图1，本技术实施例提供了一种风电场有功功率调节方法，该方法应用于风电场功率调节设备，以执行主体是风电场功率调节设备为例进行说明，该方法具体包括以下步骤：
32.步骤s1，根据风电场中每台风机的风机状态将各所述风机划分为故障停机风机、运行风机和可开机风机。
33.其中，故障停机风机为出现故障、无法运行、处在停机状态下的风机，运行风机为当前正在运行中的风机，可开机风机为当前未开机，但是能够被启动的风机。
34.步骤s2，获取各运行风机的实时功率、周围风速和叶片变桨角度，选取叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机，根据风速-功率曲线和叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机的周围风速确定该运行风机的最大可发功率，并根据该运行风机的最大可发功率和实时功率确定该运行风机的功率余量值。
35.其中，风速-功率曲线为风机出厂时便确定的理论曲线，该曲线由风机所属的类型确定，横坐标为风速，纵坐标为功率，不同类型的风机风速-功率曲线不同，由该风速-功率曲线可知该风机在某个风速下能达到的最大可发功率值。
36.具体地，正在运行的风机的叶片变桨角度未达到最大展开角度，说明该风机的功率还有上升的空间，因此，仅对叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机计算功率余量值，能够在减少计算量的同时，精准挑选出能够进行功率提升的风机对象。
37.步骤s3，将功率余量值大于0的运行风机和各可开机风机放入功率可上升风机队列。
38.具体地，运行风机的功率余量值大于0，说明该运行风机还能够进行功率的提升，
而对于可开机风机，可以理解，其开机之后必然能够提升风电场的功率，因此，这两类风机都被列入功率可上升风机队列中。
39.步骤s4，根据接收到的电网有功功率指令和风电场实际输出有功功率值确定总功率偏差值，根据总功率偏差值确定风电场的参考总功率增量值。
40.其中，电网有功功率指令中包括电网调度下发的风电场有功功率应该达到的功率设定值。
41.步骤s5，判断参考总功率增量值是否大于0。
42.在具体实施过程中，当参考总功率增量值大于0时，说明风电场实际输出有功功率值未达到电网要求的预期功率设定值，即说明风电场需要提升功率，执行下一个步骤s6；若参考总功率增量值小于等于0，则说明风电场实际输出有功功率值达到了电网要求的预期功率设定值，无需提升功率，返回上一个步骤s4重复计算参考总功率增量值，再次进行判断。
43.步骤s6，对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
44.上述实施例提供的一种风电场有功功率调节方法，能够根据风机状态划分成不同的机组，引入风速和风机叶片变桨角度这两个重要参数，精准计算出了正在运行的风机的功率余量，通过计算风电场并网点的实际总功率，即参考总功率增量来判断风电场是否达到了电网规定的有功功率设定值，在未达到有功功率设定值时根据功率余量进行升功率调节。上述实施例能够在风电场在当前风况下输出的有功功率无法达到预期功率设定目标时对风电场的风机进行升功率调节，达到了提高风电场功率调节准确性和稳定性的效果。
45.在一些实施例中，步骤s4具体包括以下步骤：
46.获取电网有功功率指令对应的电网有功功率设定值，并对电网有功功率设定值与风电场的实际输出有功功率值进行差值计算，得到总功率偏差值。
47.具体地，上述进行差值计算的公式为：
48.δp＝p
gset-p
farm
；
49.其中，p
farm
是实际的风电场输出有功功率值，p
gset
是电网有功功率指令对应的电网有功功率设定值，δp为总功率偏差。
50.在一些实施例中，步骤s4具体还包括以下步骤：将总功率偏差值输入到pi控制器中进行计算，得到参考总功率增量值，上述pi控制器的计算过程具体为：
[0051][0052]
其中，k
p
是比例系数，ki是积分系数，ts是控制周期。δp(j),j＝0,1,
…
,n是第0到第n个控制周期的风电场总功率偏差值；δp
fset
(n)为第n个控制周期的参考总功率增量值，δp(n)为第n个控制周期的总功率偏差值。
[0053]
其中，上述控制周期一般由风机plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)的采集周期来决定，一般为0.02-0.1秒。
[0054]
上述实施例通过pi控制器实现对参考总功率增量值的计算，节省了人力和时间，降低了计算的复杂度。
[0055]
请参见图2，在一些实施例中，步骤s6具体还包括以下步骤：
[0056]
步骤s61，获取功率可上升风机队列中的各台运行风机的功率余量值，通过求和计算得到功率可上升风机队列中对应的总功率余量值；具体求和公式为：
[0057][0058]
其中p
all
是运行风机的总功率余量值，n1为运行风机中列入功率可上升风机队列的风机台数，p
imax
为第i台风机的最大可发功率，p
imea
为第i台风机的实时功率。
[0059]
步骤s62，计算参考总功率增量值与预设可调余量系数的乘积值；
[0060]
其中，预留功率可调余量系数为1.2-1.4。
[0061]
步骤s63，判断总功率余量值是否大于等于上述乘积值；
[0062]
步骤s64，若总功率余量值大于等于上述乘积值，则按照第一功率分配方式对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节；
[0063]
步骤s65，若总功率余量值小于上述乘积值，则按照第二功率分配方式对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
[0064]
在一些实施例中，步骤s64具体包括：第一功率分配方式为仅对功率可上升风机队列中的运行风机进行升功率调节，以使各运行风机的实际工作功率达到第一目标分配功率。
[0065]
在一些实施例中，步骤s65具体包括：第二功率分配方式由功率可上升风机队列中运行风机和可开机风机共同进行升功率调节，以使各运行风机的实际工作功率达到第二目标分配功率，且各可开机风机的实际工作功率达到第三目标分配功率。
[0066]
在具体实施过程中，由于可开机风机启动较慢，在功率调节过程中会严重滞后，因此为了尽量快速达到功率控制目标，仍然以运行风机机组为主要功率分配对象，而剩余的需要提升的功率将由可开机队列机组通过启机方式来进行补充。
[0067]
上述实施例提供的方法提供了合理的功率分配方式，以正在运行的风机为主要功率分配对象，可大大提高功率调节响应速度和调节准确率。
[0068]
在一些实施例中，步骤s64还具体为：上述第一目标分配功率为基于预设的第一功率分配公式根据每台运行风机的最大可发功率、释放功率系数、额定功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台运行风机的分配功率。
[0069]
具体地，第一功率分配公式为：
[0070]
p(n)＝p(k)
×i×
96％-p
×
(t
1-t2)
×
c％,k＝1,2
…
k；n＝1,2
…
n；c＝1,2,3；
[0071]
其中，p(n)为每台风机的实际分配功率，p(k)为每台风机的最大可发功率，i为释放功率系数，96％为整个风电场传输损耗；p为风机的额定功率，t1为风机在运行时的实际温度，t2为风机运行时的报警温度，即达到一定温度后，限制机组功率输出；参数c意为按照运行时的实际温度每升高1度，降低额定功率(1-3)％的方式，来控制机组的运行稳定。
[0072]
在一些实施例中，步骤s65还具体为：上述第二目标分配功率为基于预设的第二功率分配公式根据每台运行风机的最大可发功率、释放功率系数、额定功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台运行风机的分配功率；上述第三目标分配功率为基于预设的第三功率分配公式根据每台可开机风机的最大可发功率、释放功率系数、最小运行功率、实际运行温度和报警温度计算到的每台可开机风机的分配功率。
[0073]
具体地，第二功率分配公式为：
[0074]
p(n)＝p(k)
×
i-p
×
(t
1-t2)
×
1％,k＝1,2
…
k；n＝1,2
…
n；
[0075]
其中，p(n)为每台风机的实际分配功率，p(k)为每台风机的最大可发功率，i为释放功率系数，释放功率系数为1，即对功率不进行任何限制；p为机组的额定功率，t1为风机运行时的实际温度，t2为风机运行时的报警温度，即达到一定温度后，限制机组功率输出；1％意为按照运行时的实际温度每升高1度，降低额定功率1％的方式，来控制机组的运行稳定。
[0076]
具体地，第三功率分配公式为：
[0077]
p(m)＝(p(l)-p
jmin
)
×
i-p
×
(t
1-t2)
×
1％,l＝1,2
…
l；m＝1,2
…
m；
[0078]
其中，p(m)为每台风机的实际分配功率,p(l)为每台风机的最大可发功率，p
jmin
是第j台风电机组最小运行功率，即输出功率小于该值时，风机将会直接停机；p为风机的额定功率，t1为风机运行时的实际温度，t2为风机运行时的报警温度，即达到一定温度后，限制机组功率输出；1％意为按照运行时的实际温度每升高1度，降低额定功率1％的方式，来控制机组的运行稳定。
[0079]
上述实施例提供的方法通过在分配公式中加入风机运行温度、功率余量、传输损耗等因素，共同合理确定每台风机的功率分配数量，使得分配结果更加合理、高效。
[0080]
请参见图3，本技术另一实施例提供了一种风电场有功功率调节装置，该装置应用于风电场功率调节设备，该装置包括：
[0081]
风机分类模块101，用于根据风电场中每台风机的风机状态将各风机划分为故障停机风机、运行风机和可开机风机；
[0082]
功率余量计算模块102，用于获取各运行风机的实时功率、周围风速和叶片变桨角度，选取叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机，根据风速-功率曲线和叶片变桨角度未达到最大展开角度的运行风机的周围风速确定该运行风机的最大可发功率，并根据该运行风机的最大可发功率和实时功率确定该运行风机的功率余量值；
[0083]
功率可上升风机分配模块103，将功率余量值大于0的运行风机和各可开机风机放入功率可上升风机队列；
[0084]
风机功率调节模块104，用于根据接收到的电网有功功率指令和风电场的实际输出有功功率值确定总功率偏差值，根据总功率偏差值确定风电场的参考总功率增量值；当参考总功率增量值大于0时，对功率可上升风机队列中的风机进行升功率调节。
[0085]
本实施例中提供的关于一种风电场有功功率调节装置的具体限定，可以参见上文中关于一种风电场有功功率调节方法的实施例，于此不再赘述。上述一种风电场有功功率调节装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0086]
本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。计算机程序
被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例的一种风电场有功功率调节方法的步骤。
[0087]
本实施例提供的电子设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见上文中关于一种风电场有功功率调节方法的实施例，于此不再赘述。
[0088]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0089]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。