[發明專利]一種提高風力發電機組疲勞均勻性的有功功率分配方法

有效

• 申請號: 201310628405.5
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103595076A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 蘇永新;段斌;譚貌
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/40
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及一種本發明涉及風電場的有功功率控制與分配機制，特別涉及一種提高風力發電機組疲勞均勻性的有功功率分配方法。

背景技術

我國風電機組裝機容量不斷攀升，國家電網公司發布的《風電場接入電力系統技術規定》明確規定：“風電場必須具有功率調節能力，并能根據電網調度部門指令控制其有功功率輸出。為了實現對風電場有功功率的控制，風電場需要安裝有功功率控制系統，能夠接收并自動執行調度部門遠方發送的有功功率控制信號?！憋L電場有功功率控制技術是風電場并網的重要基礎。

另外，我國風資源區域聚特性，決定了我國風電發展以大型風電場為主。這些大型風電場通常地處偏遠，工程難度大，單次維護費用高昂，風電場維護費用嚴重制約著風電產業的發展，國際、國內大批風電公司因維護費用過高而導致虧損。降低風電場維護頻率成為風電產業發展的關鍵問題之一。國內外研究表明，風電場各機組疲勞不均勻是導致風電場維護量大的重要原因。而機組的疲勞水平與機組的有功功率關聯密切，一般而言，同一風電場內，輸出有功功率較多的機組，其疲勞程度更嚴重，維護周期更短。

目前，風電場實際使用的有功功率分配方法比較簡單，主要包括：啟停機法和比例分配法。

啟停機法的工作方式是：當風電場有功輸出高于設定值時，對風電機組進行順序停機直到風電場輸出功率在設定值以下；當功率低于設定閾值時，順序啟動風電機組并讓機組滿發來使風電場輸出功率接近設定值。這種方式存在一些缺點：

1）風電機組頻繁啟停機，影響機組的壽命，同時，風電機組啟停機都需要一定的時間，調節速度慢；

2）這種方法以單臺機組有功功率為調節粒度，隨著風電機組單機容量達到多兆瓦級，這種方法難于實現風電場有功功率準確跟蹤電網要求；

3）沒有考慮全風電場各機組壽命維護周期同步性。當風電場需要持續出現升降功率的時候，可能導致某些機組頻繁啟停，而其他機組一直不參與調節，最終導致風電場各機組疲勞不均勻，維護不同步，增加了維護頻率。

比例分配法的工作方式是：按機組可用功率比例，將風電場有功出力任務分配到各機組。這種方式的缺點是：風電場面積較大，受地形和風電機組尾流效應（wake?effect）的影響，風電場內風速存在較大的差異，平均風速較大的機組，其可用功率較大，比例分配得到的有功功率任務較多，輸出有功功率多，最終導致風電場各機組疲勞不均勻，維護不同步，增加了維護頻率。

另有學者著重考慮尾流效應作用下，通過犧牲風電場的部分有功功率來均衡各機組疲勞，這種方法的問題在于：

1）其更適合尾流規律性強的海上風電場，對陸地尤其是山地風電場紊流嚴重，尾流的影響退居其次，這種方法難于適用；

2）這種方法人為犧牲風電場有功功率，導致發電量偏少，不但損害風電業主收益，也會導致風電場有功出力偏離調度系統要求，制約了其應用范圍。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提出一種提高風力發電機組疲勞均勻性的有功功率分配方法，本發明根據各機組疲勞程度，對風電場有功出力任務進行優化分配，在保證風電場輸出的有功功率跟蹤電網要求的前提下，提高各機組疲勞均勻性，從而提高機組維護同步性，減少風電場維護量，降低維護費用。

本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟：

1）根據風電場0-4小時預測風速計算風電場各風電機組的可用功率；

2）根據風電場各機組額定功率、歷史有功功率數據、維護歷史數據，計算各機組疲勞系數；

3）根據調度下達的風電場有功出力任務、各機組額定功率、風電機組可用功率和風電機組當前疲勞系數，確定并網運行的機組；

4）根據各機組疲勞系數，按疲勞系數反比例，將風電場有功出力任務分配到并網運行的各機組；如果有功功率分配結果不在某些風電機組出力能力內，則將超出這些機組出力能力的部分，再次按疲勞系數反比例，分配給具有有功功率調節裕量的并網運行機組，該過程反復進行，直到分配結果均在機組出力能力內。

本發明的技術效果在于：本發明根據各機組疲勞系數，按疲勞系數反比例，將風電場有功出力任務分配到并網運行的各機組；如果有功功率分配結果不在某些風電機組出力能力內，則將超出這些機組出力能力的部分，再次按疲勞系數反比例，分配給具有有功功率調節裕量的并網運行機組，該過程反復進行，直到分配結果均在機組出力能力內，這樣可以在保證風電場的有功輸出跟蹤調度要求的前提下，優化風電場各機組疲勞的均勻性，增強風電場各機組維護的同步性，降低風電場維護頻率，降低維護費用。

附圖說明