[发明专利]一种风电场功率综合分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场控制方法，特别涉及功率分配方法。

背景技术

目前，随着清洁能源在世界范围内得到快速发展，非化石能源的总量消耗比重不断增加，我国风电产业快速发展。截止2011年底，风电累计装机容量达近6240万千瓦，居世界第一。然而，随着大规模风电并网接入，风力发电容量随之增加，但风电并网技术程度仍很低，对电力系统负荷影响显著，由此风电场运行管理和电网调度运行提上日程。如何根据风力发电的自身特点，建立一种新型风电场功率分配调度方法以适应电网调度要求，保持风电场和电网功率平衡，是当前电力系统安全运行迫切需要解决的问题，也是保证风电场功率输出平稳、提高电能质量的需要。

风能是一种随机性、波动性较大的可再生能源。合理地提高风能利用效率，并最大限度地发挥风电机组功率输出效率，目前国内外开展了大量基于电气剖分的硬件设施功率调节策略研究，但多数采用机组停机和调桨方法，这样不仅导致在风速最佳情况下不能充分地利用风资源，而且严重影响了机组的发电运行效率，尤其是在气候比较恶劣时，极易导致机组长时间不运行或频繁操作下的设备元件损坏，造成机组与电网解列、经济效益降低。

风电场功率分配与风电机组的有功/无功功率控制、风电场并网出力变化息息相关。国内外对此提出了不少规程，如德国对有功调节速度要求达到每秒10%的机组额定容量而不应引起继电保护动作；有功功率最大恢复速度为每分钟10%的额定有功功率。我国新颁布的风电接入技术规定要求风电场有功功率变化率根据其装机容量有所不同，如容量在30到150MW的风电场的有功功率变化率10min不能超过额定容量的1/3，1min平均上限为额定容量的1/10。这些规程不仅反映了各国风电机组技术和管理水平的不同，而且表明风电不具备常规火电机组的功率调节能力。因此，在电网限功率运行时段内，研究如何协调电网运行并制定合理有效地功率分配方法，连续平滑地控制有功功率和无功功率变化，保持机组在网稳定运行，是目前风电场面临的技术难点之一。

我国并网风电机组中，双馈变速恒频风电机组约占60%，恒速风电机组约占30%，其他约占10%，由于部分风电场未配备快速无功补偿装置或控制系统，使得风电机组在不弃风情况下，支持电网调度指令的控制有功/无功功率调节增加了难度。因此，克服风电机组出力的无规律性，实现风电场监控系统与功率分配方法的无缝链接，改善机组运行模式和出力调节控制切换方法等研究成果相对罕见，而对电网稳定和机组正常运行至关重要。

目前，在电力系统中针对风电接入的功率分配技术有如下方法：

中国专利201010518499.7《一种风力发电场有功功率分配方法》提出了一种风电场有功功率分配方法，该方法根据风场的运行参数、故障、预测功率信息将风电机组划分为故障、降功率输出、低风速区、高风速区和待启五种类型来执行功率分配升降调节，提高了风电机组的可利用率，避免了机组的频繁起停。

中国专利201110318857.4《风电场风电机组有功功率优化分配方法》基于实时测风数据和超短期预测，计算升降功率裕度系数的有功功率分配方法。该方法仅从机组自身运行约束条件出发，实施升降功率。并使场内尽可能多的风电机组参与功率调节，减少了风电机组的调节频度，从一定程度上提高了风电场的经济效益。

上述两份专利分别从机组自身运行信息、风电功率预测、启停机组等角度阐述了有功功率的分配及调节技术。然而，由于风力发电可靠性差，导致现有的带功率预测的分配技术受到外部自然条件和内部故障限制，并不能充分合理地反映实际发电量，并且两份专利仅提及分配计算，如何实施控制没有详尽表述。

中国专利201010269035.7《用于风电场监控系统的风电有功功率自动控制方法》提供一种用于监控系统的风电有功自动控制方法，通过最大出力、计划跟踪和自适应调节三种模式来控制有功功率输出，利用有功最大功率变化率、电网频率信息等条件限制进行容量比例计算分配到每台机组，从而使风电场协调配合接入地区的电网运行，提高了风电场的自动化控制和管理运行水平。

随着机组类型增多、功率可调程度存在差异，虽然在中国专利201010269035.7的策略中减少应用频繁停机来限制风电机组出力的频度，然而单一采用比例模型调节，实际可解释性较差。而且，针对无功功率研究与有功分配类似，但在有功无功协调控制上实施较少。因此，对于风电机组从功率分配计算、调节控制实施到协调常规火电等发电运行控制、监控系统有功和无功功率调节以及功率限制结束的功率恢复调节整个过程，在上述文献中均未深入涉及。

发明内容