一种新型风电机机群有功功率优化分配装置及其优化分配方法

摘要

本发明涉及一种新型风电机机群有功功率优化分配装置及方法，包括风电机机群有功功率优化分配系统、风电场自动发电控制系统（AGC系统）和风机机群能量管理系统（EMS系统），所述风电机机群有功功率优化分配系统架设于AGC系统及EMS系统之间，替代AGC系统对风机机群的控制功能，接收EMS系统上传的风机机群数据，同时不改变AGC系统与风电机机群EMS系统之间的通讯功能，不影响AGC系统与电网的通讯；所述风电机机群有功功率优化分配系统包括算法服务器和执行终端，该系统接收AGC系统下达的总有功指令和EMS系统上传的风机运行信息，计算得到各机群的有功功率分配指令，并下达各机群EMS系统，达到控制风机机群功率的目的。

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种新型风电机机群有功功率优化分配装置及其优化分配方法。

背景技术

目前，我国风电场规模日益扩大，大型风电场逐渐增多，同一个风电场内可能存在多个厂家、不同型号的风电机机群，造成设备技术参数不同，不同风况下风电机机群出力和设备稳定性有所差异。然而，常用的风电机机群控制策略，常常是根据各风机机群EMS系统上传的有功上限，将总的风电场有功目标指令按各机群有功上限的比值进行简单分配，而没有考虑风电机机群其他运行数据，不利于风电机机群的运行稳定性及发电效率。

申请号为201110426703.7 的中国专利公开了一种基于功率预测信息的风电场有功功率控制方法，包括如下步骤：一、风电功率预测信息预处理；二、计算风电场的功率调节量；三、风电机组群初步分配方案制定；四、风电机组群优化分配方案制定；五、调节机群选择；六、风电场功率调节量分配；七、判断控制延时触发下一次控制。其根据超短期风电功率预测和短期功率预测信息对风电机组进行合理分群，实现对风电场有功功率的统一规划和控制。但对各风电机机群功率不同的机群统一控制会超出一些机群的功率范围，造成风电机损伤。

因此，为了最大限度发挥各风电机机群的发电能力和设备的稳定性，需要开发一种新型风电机机群有功功率分配装置及其优化分配方法，以对风电场有功功率分配进行改进与优化，满足风电场运行管理需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的新型风电机机群有功功率分配装置及其优化分配方法，能最大限度发挥各风电机机群的发电能力和设备稳定性。

一方面，本发明提供了一种新型风电机机群有功功率优化分配装置，包括：

AGC系统，用来接收风机运行信息，并输出总有功指令；

EMS系统，用来接收功率控制指令，并输出风机运行信息；

风电机机群有功功率优化分配系统，所述风电机机群有功功率优化分配系统包括：算法服务器和执行终端；

所述算法服务器分别与AGC系统及执行终端连接；所述执行终端分别与算法服务器和EMS系统连接；算法服务器接收来自AGC系统的总有功指令，并根据实时风机运行信息对风机机群进行有功功率控制，下发功率控制指令给执行终端；执行终端进一步将功率控制指令发送给各风机机群EMS系统执行有功功率优化分配操作。

作为优选，所述风电机机群有功功率优化分配系统架设于风电场原有硬件AGC系统和风电机机群EMS系统之间。

作为优选，所述实时风机运行信息包括风速、机群有功目标值、机群有功功率、机群上网电价。

另一方面，本发明提供一种新型风电机机群有功功率优化分配方法：

AGC系统接收风机运行信息，并输出总有功指令；

EMS系统接收功率控制指令，并输出风机运行信息；

算法服务器获取实时风机运行信息，并根据风电场内机群数量、调度总有功目标、各机群有功上限、各机群有功下限、各机群实时有功、电价信息、实时风机运行信息、控制模式和风机数据对风机机群总有功指令进行分析及功率优化分配，转化为功率控制指令传送给执行终端；

执行终端执行算法服务器分配的功率控制指令，同时将含各机群有功目标值的功率控制指令发送给各风机机群的EMS系统，对各风机机群功率进行控制，并将从EMS系统中获取的实时风机运行信息和发电电价信息传输给算法服务器；

风电机机群有功功率优化分配装置对风机机群有功功率控制过程中，人为设定风机机群有功功率控制所依据的风机机群运行参数，算法服务器将所设参数进行排序，并对风电机机群有功功率进行优化分配：

①若有功调度目标大于所有机群实时有功的总和，按照所设参数的排序顺序，依次增加各机群的有功功率，直至满足调度要求；

②若有功调度目标小于所有机群实时有功的总和，按照所设参数排序的反向顺序，依次降低各机群的有功功率，直至满足调度要求。

本发明所述风机机群总有功指令进行分析和功率优化分配的具体方法如下：

假设机群数量为n，总有功目标值为P_总，各机群有功上限分别为P_max¹、P_max²、P_max³、…、P_maxⁿ，各机群有功下限分别为P_min¹、P_min²、P_min³、…、P_minⁿ，各机群的实时有功分别为P¹、P²、P³、…、Pⁿ，各机群的可增有功P_可增分别为：P_max¹-P¹、P_max²-P²、P_max³-P³、…、P_maxⁿ-Pⁿ，各机群的可降有功P_可降分别为：P¹->min¹、P²->min²、P³->min³、…、Pⁿ->minⁿ，各机群的上网电价分别为Pri¹、Pri²、Pri³、…、Priⁿ；

根据所收集的风电机机群运行数据，在每次功率分配前首先进行情景判断：

①若P_总>P¹+>2+>3+…+Pⁿ，那么执行如下的增有功策略：

在增有功策略时，将各机群上网电价进行排序，并按机群上网电价由大到小的顺序，依次增大各机群的有功功率，具体表示如下：

设电价排序为：Pri¹>Pri²>>3>…>Priⁿ，那么增有功排序为机群1、2、3、…、n，若两机群电价相同，即Priⁱ=Pri^j(i,j≤n)，则排序时对比两机群的可增有功值P_可增，若P_可增ⁱ>P_可增^j，则将机群i的增有功排序排在机群j之前；

排序之后，依据排序顺序依次增加P¹、P²、P³、…、Pⁿ，

当i机群的有功值达到有功上限时，即Pⁱ=>maxⁱ(i≤n)时，则继续增加Pⁱ⁺¹，直至P_总=P¹+P²+>3+…+Pⁿ；

②若P_总<P¹+>2+>3+…+Pⁿ，那么执行如下的降有功策略：

在降有功策略时，同样将各机群上网电价进行排序，并按机群上网电价由小到大的顺序，依次降低各机群的有功功率，具体表示如下：

设电价排序为：Pri¹<Pri²<>3<…<Priⁿ，那么降有功排序为机群1、2、3、…、n，若两机群电价相同，即Priⁱ=Pri^j(i,j≤n)，则排序时对比两机群的可降有功值P_可降，若P_可降ⁱ<P_可降^j，则将机群i的降有功排序排在机群j之前；

排序之后，依据排序顺序依次降低P¹、P²、P³、…、Pⁿ，

当i机群的有功值达到有功下限时，即Pⁱ=>minⁱ(i≤n)时，则继续降低Pⁱ⁺¹，直至P_总=P¹+P²+>3+…+Pⁿ；

③特殊情景分为两类：

一是有功目标值高于所有机群有功上限之和，即：P_总>P_max¹+P_max²+P_max³+…+P_maxⁿ，那么此时执行增有功策略，直至所有机群以有功上限值进行出力，即：P¹=>max¹，P²=>max²，>3=P_max³，…，>n=>maxⁿ；

④二是有功目标值低于所有机群有功下限之和，即：P_总<P_min¹+P_min²+P_min³+…+P_minⁿ，那么此时执行降有功策略，按降有功排序顺序使机群停机，直至总有功达到有功目标值，即：P¹=P_min¹，P²=P_min²，P³=P_min³，…，Pⁿ=P_minⁿ，且P_总=P_min¹+P_min²+P_min³+…+P_minⁿ>

作为优选，所述风机机群运行参数包括电价、发电能力、投运时间。

作为优选，风电机机群有功功率优化分配装置替代AGC系统对风机机群的控制功能，接收EMS系统上传的实时风机运行信息，同时不改变AGC系统与风电机机群EMS系统之间的通讯功能，不影响AGC系统与电网的通讯。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1）不改变风电场原有的通讯框架，占用资源少，对硬件要求低，便于大规模推广；2）可依据多种风电机机群信息，进行有功功率分配；3）通过对风电机机群的有功功率控制，提高风电机的设备可利用率及稳定性，最大限度发挥风电机机群的发电能力，满足风电场运行的管理需求，提高风力发电场的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本实施例的一种新型风电机机群有功功率优化分配装置，包括风电机机群有功功率优化分配系统、AGC系统和EMS系统，所述风电机机群有功功率优化分配系统包括算法服务器和执行终端。

本实施例中所述风电机机群有功功率优化分配系统架设于风电场AGC系统及风电机机群EMS系统原有硬件基础之间，替代AGC系统对风机机群的控制功能，同时接收EMS系统上传的风机运行信息，不改变AGC系统与风电机机群EMS系统之间的通讯功能以及AGC系统与电网的通讯。

本实施例中所述风电机机群有功功率优化分配装置包括算法服务器和执行终端，所述算法服务器与AGC系统及执行终端相连接，获取控制算法所需的实时风机运行信息，根据风电场内机群数量、调度总有功目标、各机群有功上限、各机群有功下限、各机群实时有功、电价信息、实时风机运行信息、控制模式和风机数据对总有功目标值进行计算和分析，同时将功率控制指令分配给执行终端；所述实时风机运行信息包括风速、机群有功目标值、机群有功功率、机群上网电价。

本实施例中所述执行终端分别与算法服务器和EMS系统相连接，所述执行终端执行算法服务器分配的功率控制指令，计算各机群的有功目标值，对风电场总有功功率进行优化分配，传输给各机群的EMS系统，达到对机群功率控制的目的，并将所连接的EMS系统中发电机机群和发电电价信息传输给算法服务器。

另外，本发明提供了一种新型风电机机群有功功率优化分配方法，AGC系统用来接收风机运行信息，并输出总有功指令； EMS系统用来接收功率控制指令，并输出风机运行信息；

算法服务器接收来自AGC系统的总有功指令，并根据实时风机运行信息对风机机群进行有功功率控制，下发功率控制指令给执行终端；执行终端进一步将功率控制指令发送给各风机机群EMS系统执行有功功率优化分配操作。具体步骤为：

AGC系统从EMS系统获取实时风机运行信息，并将风机运行信息转化为总有功指令，传达给风电机机群有功功率优化分配系统中的算法服务器；

算法服务器获取实时风机运行信息，并根据风电场内机群数量、调度总有功目标、各机群有功上限、各机群有功下限、各机群实时有功、电价信息、实时风机运行信息、控制模式和风机数据对风机机群总有功指令进行分析及功率优化分配转化为功率控制指令传送给执行终端；该步骤风机机群总有功指令进行分析和功率优化分配的具体方法如下：

假设机群数量为n，总有功目标值为P_总，各机群有功上限分别为P_max¹、P_max²、P_max³、…、P_maxⁿ，各机群有功下限分别为P_min¹、P_min²、P_min³、…、P_minⁿ，各机群的实时有功分别为P¹、P²、P³、…、Pⁿ，各机群的可增有功P_可增分别为：P_max¹-P¹、P_max²-P²、P_max³-P³、…、P_maxⁿ-Pⁿ，各机群的可降有功P_可降分别为：P¹->min¹、P²->min²、P³->min³、…、Pⁿ->minⁿ，各机群的上网电价分别为Pri¹、Pri²、Pri³、…、Priⁿ；

根据所收集的风电机机群运行数据，在每次功率分配前首先进行情景判断：

①若P_总>P¹+>2+>3+…+Pⁿ，那么执行如下的增有功策略：

在增有功策略时，将各机群上网电价进行排序，并按机群上网电价由大到小的顺序，依次增大各机群的有功功率，具体表示如下：

设电价排序为：Pri¹>Pri²>>3>…>Priⁿ，那么增有功排序为机群1、2、3、…、n，若两机群电价相同，即Priⁱ=Pri^j(i,j≤n)，则排序时对比两机群的可增有功值P_可增，若P_可增ⁱ>P_可增^j，则将机群i的增有功排序排在机群j之前；

排序之后，依据排序顺序依次增加P¹、P²、P³、…、Pⁿ，

当i机群的有功值达到有功上限时，即Pⁱ=>maxⁱ(i≤n)时，则继续增加Pⁱ⁺¹，直至P_总=P¹+P²+>3+…+Pⁿ；

②若P_总<P¹+>2+>3+…+Pⁿ，那么执行如下的降有功策略：

在降有功策略时，同样将各机群上网电价进行排序，并按机群上网电价由小到大的顺序，依次降低各机群的有功功率，具体表示如下：

设电价排序为：Pri¹<Pri²<>3<…<Priⁿ，那么降有功排序为机群1、2、3、…、n，若两机群电价相同，即Priⁱ=Pri^j(i,j≤n)，则排序时对比两机群的可降有功值P_可降，若P_可降ⁱ<P_可降^j，则将机群i的降有功排序排在机群j之前；

排序之后，依据排序顺序依次降低P¹、P²、P³、…、Pⁿ，

当i机群的有功值达到有功下限时，即Pⁱ=>minⁱ(i≤n)时，则继续降低Pⁱ⁺¹，直至P_总=P¹+P²+>3+…+Pⁿ；

③特殊情景分为两类：

一是有功目标值高于所有机群有功上限之和，即：P_总>P_max¹+P_max²+P_max³+…+P_maxⁿ，那么此时执行增有功策略，直至所有机群以有功上限值进行出力，即：P¹=>max¹，P²=>max²，>3=P_max³，…，>n=>maxⁿ；

④二是有功目标值低于所有机群有功下限之和，即：P_总<P_min¹+P_min²+P_min³+…+P_minⁿ，那么此时执行降有功策略，按降有功排序顺序使机群停机，直至总有功达到有功目标值，即：P¹=P_min¹，P²=P_min²，P³=P_min³，…，Pⁿ=P_minⁿ，且P_总=P_min¹+P_min²+P_min³+…+P_minⁿ>

执行终端执行算法服务器分配的功率控制指令，同时将含各机群有功目标值的功率控制指令发送给各风机机群的EMS系统，对各风机机群功率进行控制，并将从EMS系统中获取的实时风机运行信息和发电电价信息传输给算法服务器；

风电机机群有功功率优化分配装置对风机机群有功功率控制过程中，人为设定风机机群有功功率控制所依据的风机机群运行参数，算法服务器将所设参数进行排序，并对风电机机群有功功率进行优化分配：

①若有功调度目标大于所有机群实时有功的总和，按照所设参数的排序顺序，依次增加各机群的有功功率，直至满足调度要求；

②若有功调度目标小于所有机群实时有功的总和，按照所设参数排序的反向顺序，依次降低各机群的有功功率，直至满足调度要求。

算法服务器通过上述方法将风电机机群有功功率进行优化分配，并转化为功率控制指令下达给执行终端，执行终端进一步将功率控制指令发送给EMS系统，EMS系统按风电机机群有功功率优化分配系统分配的功率运行，从而达到对机群功率控制的目的，并将所连接的EMS系统中实时风机运行信息传输给算法服务器。

EMS系统接收功率控制指令按要求控制风电机机群的运行，并将风机机群的实时运行信息发送给AGC系统和风电机机群有功功率优化分配系统，以此形成一个循环，针对不同机群之间存在的发电能力及电价差异，使风电场内风电机机群的有功功率分配更为合理，从而发挥电价较高、发电能力强的机群的作用，提高风电场的经济效益。

风机机群运行参数包括电价、发电能力、投运时间。

风电机机群有功功率优化分配装置替代AGC系统对风机机群的控制功能，接收EMS系统上传的实时风机运行信息，同时不改变AGC系统与风电机机群EMS系统之间的通讯功能，不影响AGC系统与电网的通讯。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。