并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法

摘要

一种并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法，涉及风力发电技术领域，所解决的是协调风力发电机组的发电量的技术问题。该方法先获取每台受控风力机组的发电容量、时刻风速，及时刻、-1时刻、-2时刻的风机发电功率及并网点的功率；再计算时刻的协调控制有功状态量及无功状态量；再计算时刻的有功控制信号累计值及无功控制信号累计值，并根据计算值发出相应的协调控制指令，然后再计算时刻各风力发电机组发电功率减少值或增加值，并根据计算结果调整机组出力状况，如此重复，实现对风力发电机组的协调控制。本发明提供的方法，适用于并网非上网分布式风力发电机组。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，特别是涉及一种并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法的技术。

背景技术

分布式风力发电机组的广泛应用，将极大减少终端负荷的需求，同时减少配电线路的输送电流，改善配网线损率，具有积极作用。

但风力发电机组接入电网后，会对电网的电压、频率、功率因数产生一定的影响，风力发电机组设计时，需要考虑发电机组是否能够并网，并网后发电量能否上网。考虑到电网安全，对并网不能上网的风力发电机组，在轻负荷情况下，将进行风力发电机组的调节控制，以满足风电功率不能倒送电网的要求，同时在重负荷时将尽可能多启动风电机组，以利用绿色能源，但是对并网非上网分布式风力发电机组，目前还没有行之有效的调节控制方法，现有的调节控制方法都存在着发电量调节速度滞后及调节准确度低的缺陷，从而影响到电网的安全运行。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能快速准确的协调风力发电机组的发电量，从而保证电网安全运行的并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法，其特征在于：

1)获取每台受控风力机组的发电容量、t时刻风速，并获取每台受控风力机组分别在t时刻、t-1时刻、t-2时刻的风机发电功率及并网点的功率，功率方向规定为：电网注入并网母线为正，并网母线注入电网为负，风力发电机注入并网母线为正，并网母线注入风力发电机为负；

其中，t≥2，t时刻为当前时刻，t-1时刻、t-2时刻均为t时刻之前的时刻，t-1时刻距t时刻1个单位时长，t-2时刻距t时刻2个单位时长，单位时长的取值为1分钟；

2)计算t时刻的协调控制有功状态量及无功状态量，具体计算公式为：

$>\mathrm{Bpcon}=\frac{-\mathrm{Ka}\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}P{g}_{(t,i)}-2(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})/3-(\underset{i=1}{\overset{l}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-2,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-2)})/3)}{(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})};$>

$>\mathrm{Bqcon}=\frac{2\times \mathrm{Kaq}\times Q{n}_{(t-1)}}{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t,i)}\right)}$>

其中，Bpcon为t时刻的协调控制有功状态量，Pg_(t,i)为第i台风力发电机组在t时刻的发电有功功率，Pg_(t-1,i)为第i台风力发电机组在t-1时刻的发电有功功率，Pg_(t-2,i)为第i台风力发电机组在t-2时刻的发电有功功率，Pn_(t-1)为t-1时刻的并网点有功功率，Pn_(t-2)为t-2时刻的并网点有功功率；

其中，Bqcon为t时刻的协调控制无功状态量，Qg_(t,i)为第i台风力发电机组在t时刻的发电无功功率，Qn_(t-1)为t-1时刻的并网点无功功率；

其中，n为t时刻正发电的风力发电机组数目，m为t-1时刻正发电的风力发电机组数目，l为t-2时刻正发电的风力发电机组数目，Ka为有功可靠系数，其取值为5，Kaq为无功可靠系数，其取值为7；

3)计算t时刻的有功控制信号累计值及无功控制信号累计值，具体计算公式为：

$>\mathrm{AD}{\mathrm{Jp}}_{\left(t\right)}=\underset{i=0}{\overset{T-1}{\Sigma }}P{\mathrm{sign}}_{(t-i)};$>

$>\mathrm{AD}{\mathrm{Jp}}_{\left(t\right)}=\underset{i=0}{\overset{T-1}{\Sigma }}Q{\mathrm{sign}}_{(t-i)};$>

其中，ADJp_(t)为t时刻的有功控制信号累计值，Psign_(t-i)为t-i时刻的有功控制信号,Psign₍₀₎＝0,Psign₍₁₎＝0,如果t时刻Bpcon<1，则令Psign_(t)＝1，反之则令Psign_(t)＝0；

其中，ADJq_(t)为t时刻的无功控制信号累计值，Qsign_(t-i)为t-i时刻的无功控制信号，Qsign₍₀₎＝0,Qsign₍₁₎＝0,如果t时刻Bqcon<1，则令Qsign_(t)＝1，反之则令Qsign_(t)＝0；

其中，T为延迟时间常数，其取值为10；

4)根据ADJp(t)、ADJq(t)协调控制指令，具体协调控制方式为：

方式1：如果ADJp(t)＝T，则发出减少控制风机有功功率指令，并转至步骤5)；

方式2：如果ADJq(t)＝T，则发出减少控制风机无功功率指令，并转至步骤5)；

方式3：如果ADJp(t)＝0，则发出增大控制风机有功功率指令，并转至步骤6)；

方式4：如果ADJq(t)＝0，则发出增大控制风机无功功率指令，并转至步骤6)；

方式5：如果0<ADJp(t)<T并且0<ADJq(t)<T，则转至步骤7)；

其中，t时刻的协调控制仅调整一次，如果从有功和无功得出相反判断，则优先减少风机出力，即协调控制方式的优先级别从高至低依次分别为方式1、方式2、方式3、方式4、方式5；

5)先计算t时刻各风力发电机组发电功率减少值，再转至步骤7)，具体计算公式为：

$>{\mathrm{Pgax}}_{(t,i)}=\frac{-2({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-2(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})/3-(\underset{i=1}{\overset{l}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-2,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-2)})/3)}{\mathrm{Ka}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})};$>

$>{\mathrm{Qgax}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})\times {\mathrm{Qn}}_{(t-1)}}{\mathrm{Kaq}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})};$>

约束条件为：

$>\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Pgax}}_{(t,i)}-\mathrm{Pg}{\min }_{\left(i\right)}>0\\ {\mathrm{Qg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Qgax}}_{(t,i)}-\mathrm{Qg}{\min }_{\left(i\right)}>0\end{array}\right);$>

如果第i个风力发电机组不满足任一约束条件，则令第i个风力发电机组停机，并将t时刻正发电的风力发电机组数目n减少1；

其中，Pgax_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的有功发电功率减少值，Pcap_(i)为第i个风力发电机组的有功容量，Qgax_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的无功发电功率减少值，Qcap_(i)为第i个风力发电机组的无功容量，Pgmin_(i)为第i个风力发电机组的发电最小有功值，Qgmin_(i)为第i个风力发电机组的发电最小无功值；

6)先计算t时刻各风力发电机组的发电功率增加值，再转至步骤7)，具体计算公式为：

$>{\mathrm{Pgay}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}+{\mathrm{Pn}}_{\left(t\right)})}{2\times \mathrm{Ka}\times (\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})};$>

$>{\mathrm{Qgay}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t,i)}+{\mathrm{Qn}}_{\left(t\right)})}{2\times \mathrm{Kaq}\times (\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Qn}}_{(t-1)})};$>

约束必须满足如下：

$>\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Pgay}}_{(t,i)}-\mathrm{Pg}{\max }_{\left(i\right)}<0\\ {\mathrm{Qg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Qgay}}_{(t,i)}-\mathrm{Qg}{\max }_{\left(i\right)}<0\end{array}\right);$>

如果第i个风力发电机组不满足任一约束条件，则对第i个风力发电机组不作调节，如果所有风力发电机组均不作调节，则增开一台新的风力发电机组，且该风力发电机组按照最小有功及最小无功发电，并将t时刻正发电的风力发电机组数目n增加1；

其中，Pgay_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的有功发电功率增加值，Pcap_(i)为第i个风力发电机组的有功容量，Pn_(t)为t时刻的并网点有功功率，Qgay_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的无功发电功率减少值，Qcap_(i)为第i个风力发电机组的无功容量，Qn_(t)为t时刻的并网点无功功率，Qg_(t-1,i)为第i台风力发电机组在t-1时刻的发电无功功率，Pgmax_(i)为第i个风力发电机组在t时刻风速下的发电最大有功值，Qgmax_(i)为第i个风力发电机组在t时刻风速下的发电最大无功值；

7)等待一个单位时长的时间，再返回步骤1)。

本发明提供的并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法，采用有功、无功解耦非线性分配方式，进行发电量协调控制，考虑了负载功率变化，并采用可靠系数进行修正，能够快速准确的协调风电机组的发电量，可降低投资成本。

附图说明

图1是本发明实施例的并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种并网非上网分布式风力发电机组协调控制方法，其特征在于：

1)获取每台受控风力机组的发电容量、t时刻风速，并获取每台受控风力机组分别在t时刻、t-1时刻、t-2时刻的风机发电功率及并网点的功率，功率方向规定为：电网注入并网母线为正，并网母线注入电网为负，风力发电机注入并网母线为正，并网母线注入风力发电机为负；

其中，t≥2，t时刻为当前时刻，t-1时刻、t-2时刻均为t时刻之前的时刻，t-1时刻距t时刻1个单位时长，t-2时刻距t时刻2个单位时长，单位时长的取值为1分钟；

2)计算t时刻的协调控制有功状态量及无功状态量，具体计算公式为：

$>\mathrm{Bpcon}=\frac{-\mathrm{Ka}\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}P{g}_{(t,i)}-2(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})/3-(\underset{i=1}{\overset{l}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-2,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-2)})/3)}{(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})};$>

$>\mathrm{Bqcon}=\frac{2\times \mathrm{Kaq}\times Q{n}_{(t-1)}}{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t,i)}\right)}$>

其中，Bpcon为t时刻的协调控制有功状态量，Pg_(t,i)为第i台风力发电机组在t时刻的发电有功功率，Pg_(t-1,i)为第i台风力发电机组在t-1时刻的发电有功功率，Pg_(t-2,i)为第i台风力发电机组在t-2时刻的发电有功功率，Pn_(t-1)为t-1时刻的并网点有功功率，Pn_(t-2)为t-2时刻的并网点有功功率；

其中，Bqcon为t时刻的协调控制无功状态量，Qg_(t,i)为第i台风力发电机组在t时刻的发电无功功率，Qn_(t-1)为t-1时刻的并网点无功功率；

其中，n为t时刻正发电的风力发电机组数目，m为t-1时刻正发电的风力发电机组数目，l为t-2时刻正发电的风力发电机组数目，Ka为有功可靠系数，其取值为5，Kaq为无功可靠系数，其取值为7；

3)计算t时刻的有功控制信号累计值及无功控制信号累计值，具体计算公式为：

$>\mathrm{AD}{\mathrm{Jp}}_{\left(t\right)}=\underset{i=0}{\overset{T-1}{\Sigma }}P{\mathrm{sign}}_{(t-i)};$>

$>\mathrm{AD}{\mathrm{Jp}}_{\left(t\right)}=\underset{i=0}{\overset{T-1}{\Sigma }}Q{\mathrm{sign}}_{(t-i)};$>

其中，ADJp_(t)为t时刻的有功控制信号累计值，Psign_(t-i)为t-i时刻的有功控制信号,Psign₍₀₎＝0,Psign₍₁₎＝0,如果t时刻Bpcon<1，则令Psign_(t)＝1，反之则令Psign_(t)＝0；

其中，ADJq_(t)为t时刻的无功控制信号累计值，Qsign_(t-i)为t-i时刻的无功控制信号，Qsign₍₀₎＝0,Qsign₍₁₎＝0,如果t时刻Bqcon<1，则令Qsign_(t)＝1，反之则令Qsign_(t)＝0；

其中，T为延迟时间常数，其取值为10；

4)根据ADJp(t)、ADJq(t)协调控制指令，具体协调控制方式为：

方式1：如果ADJp(t)＝T，则发出减少控制风机有功功率指令，并转至步骤5)；

方式2：如果ADJq(t)＝T，则发出减少控制风机无功功率指令，并转至步骤5)；

方式3：如果ADJp(t)＝0，则发出增大控制风机有功功率指令，并转至步骤6)；

方式4：如果ADJq(t)＝0，则发出增大控制风机无功功率指令，并转至步骤6)；

方式5：如果0<ADJp(t)<T并且0<ADJq(t)<T，则转至步骤7)；

其中，t时刻的协调控制仅调整一次，如果从有功和无功得出相反判断，则优先减少风机出力，即协调控制方式的优先级别从高至低依次分别为方式1、方式2、方式3、方式4、方式5；

5)先计算t时刻各风力发电机组发电功率减少值，再转至步骤7)，具体计算公式为：

$>{\mathrm{Pgax}}_{(t,i)}=\frac{-2({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-2(\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})/3-(\underset{i=1}{\overset{l}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-2,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-2)})/3)}{\mathrm{Ka}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})};$>

$>{\mathrm{Qgax}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})\times {\mathrm{Qn}}_{(t-1)}}{\mathrm{Kaq}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})};$>

约束条件为：

$>\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Pgax}}_{(t,i)}-\mathrm{Pg}{\min }_{\left(i\right)}>0\\ {\mathrm{Qg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Qgax}}_{(t,i)}-\mathrm{Qg}{\min }_{\left(i\right)}>0\end{array}\right);$>

如果第i个风力发电机组不满足任一约束条件，则令第i个风力发电机组停机，并将t时刻正发电的风力发电机组数目n减少1；

其中，Pgax_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的有功发电功率减少值，Pcap_(i)为第i个风力发电机组的有功容量，Qgax_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的无功发电功率减少值，Qcap_(i)为第i个风力发电机组的无功容量，Pgmin_(i)为第i个风力发电机组的发电最小有功值，Qgmin_(i)为第i个风力发电机组的发电最小无功值；

6)先计算t时刻各风力发电机组的发电功率增加值，再转至步骤7)，具体计算公式为：

$>{\mathrm{Pgay}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Pcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Pg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}+{\mathrm{Pn}}_{\left(t\right)})}{2\times \mathrm{Ka}\times (\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Pg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Pn}}_{(t-1)})};$>

$>{\mathrm{Qgay}}_{(t,i)}=\frac{({\mathrm{Qcap}}_{\left(i\right)}-{\mathrm{Qg}}_{(t,i)})\times (\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t,i)}+{\mathrm{Qn}}_{\left(t\right)})}{2\times \mathrm{Kaq}\times (\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Qg}}_{(t-1,i)}+{\mathrm{Qn}}_{(t-1)})};$>

约束必须满足如下：

$>\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Pg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Pgay}}_{(t,i)}-\mathrm{Pg}{\max }_{\left(i\right)}<0\\ {\mathrm{Qg}}_{(t,i)}-{\mathrm{Qgay}}_{(t,i)}-\mathrm{Qg}{\max }_{\left(i\right)}<0\end{array}\right);$>

如果第i个风力发电机组不满足任一约束条件，则对第i个风力发电机组不作调节，如果所有风力发电机组均不作调节，则增开一台新的风力发电机组，且该风力发电机组按照最小有功及最小无功发电，并将t时刻正发电的风力发电机组数目n增加1；

其中，Pgay_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的有功发电功率增加值，Pcap_(i)为第i个风力发电机组的有功容量，Pn_(t)为t时刻的并网点有功功率，Qgay_(t,i)为第i个风力发电机组在t时刻的无功发电功率减少值，Qcap_(i)为第i个风力发电机组的无功容量，Qn_(t)为t时刻的并网点无功功率，Qg_(t-1,i)为第i台风力发电机组在t-1时刻的发电无功功率，Pgmax_(i)为第i个风力发电机组在t时刻风速下的发电最大有功值，Qgmax_(i)为第i个风力发电机组在t时刻风速下的发电最大无功值；

7)等待一个单位时长(1分钟)的时间，再返回步骤1)。

本发明实施例中，任一风力发电机组的Pgmin_(i)、Qgmin_(i)、Pcap_(i)、Qcap_(i)可根据风力发电机组的运行参数确定，并网点功率和发电功率可通过风力发电站的能源管理系统获得，Pgmax_(i)、Qgmax_(i)可根据风力发电机组的风机发电功率-风速曲线获得。