一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源發(fā)電方式，如何有效提高對(duì)有限 風(fēng)資源的利用率、風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效率以及風(fēng)電場(chǎng)電能產(chǎn)量成為風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商面臨的重大問(wèn) 題。傳統(tǒng)的風(fēng)電控制，普遍采用單機(jī)最大功率追蹤（MPPT)控制方案，主要是對(duì)單臺(tái)風(fēng)電機(jī) 組進(jìn)行孤立的最優(yōu)控制，使單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組接受有效風(fēng)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速以獲取最優(yōu)風(fēng)能利 用系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)風(fēng)能捕獲最大化。事實(shí)上，由于受到有限的風(fēng)電場(chǎng)空間、風(fēng)電場(chǎng)地形、 各機(jī)組間的尾流效應(yīng)以及各機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)不同狀態(tài)等因素的影響，風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)組間并非 孤立運(yùn)行，而是相互影響、相互制約的，這就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)控制方案和控制模式無(wú)法 實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)發(fā)電功率最優(yōu)化以及經(jīng)濟(jì)效益最大化的效果。
[0003]目前常規(guī)的風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)追求風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)發(fā)電量最大化，沒(méi)有考慮機(jī)組高負(fù)荷 運(yùn)行時(shí)的維護(hù)、檢修，備品備件頻繁更換的費(fèi)用以及增加的相關(guān)人力資源成本，出現(xiàn)了雖然 可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)發(fā)電量最大化，但是整體經(jīng)濟(jì)效益下滑的問(wèn)題。在實(shí)際中，風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)常出 現(xiàn)惡劣風(fēng)況，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，但是惡劣風(fēng)況中，產(chǎn)生的極限風(fēng)速持續(xù)時(shí)間很短，如果一直停 機(jī)，就無(wú)法利用惡劣風(fēng)況中相對(duì)平緩的風(fēng)力資源，從而損失了這部分發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的 運(yùn)維及檢修均采用常規(guī)計(jì)劃維護(hù)和臨時(shí)問(wèn)題狀況維護(hù)模式，合理性和高效性均受到很大限 制，而更高效的維護(hù)模式需要長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)場(chǎng)摸索和運(yùn)行維護(hù)積累來(lái)產(chǎn)生，這期間要浪費(fèi)大 量的人力物力。
[0004] 由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的傳統(tǒng)風(fēng)電控制方法及其系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、方法與使用上，顯然存 在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種使風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)機(jī)組發(fā)電功率最 優(yōu)化以及經(jīng)濟(jì)效益最大化的新的一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法及其系統(tǒng)，實(shí)屬當(dāng)前重要 研發(fā)課題之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法及其系統(tǒng)，使其能 夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)發(fā)電量最優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)效益最大化，規(guī)避惡劣風(fēng)況，合理利用風(fēng)電機(jī)組，同 時(shí)，為合理安排風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作提供數(shù)據(jù)條件，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法，包括以下步驟：根據(jù) 風(fēng)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)中的地理位置排布，將風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)分為m組，次序從上風(fēng)向到下風(fēng)向分別
記為第1、2、3、…、m組，每組包含的風(fēng)電機(jī)數(shù)量為Oj,則風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)的總數(shù)量 整場(chǎng)發(fā)電功率為」
，其中％是第j組發(fā)電機(jī)的發(fā)電系數(shù)，Pk是第k臺(tái)風(fēng)電 機(jī)的輸出功率，..
，所述P表不空氣密度，a是軸向誘導(dǎo)因子，A表不風(fēng)輪 掃風(fēng)面積，Vk表示第k臺(tái)風(fēng)電機(jī)所處位置的風(fēng)速；通過(guò)尋優(yōu)方法求得P最大時(shí)對(duì)應(yīng)的一組 a 將α Λ作為每臺(tái)風(fēng)電機(jī)的功率限值實(shí)施控制。
[0007] 此外，本發(fā)明還提供了基于上述方法的風(fēng)電機(jī)功率協(xié)同控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)信息 采集子系統(tǒng)、云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)；所述 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸入接口分別與所述數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)、所述云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系 統(tǒng)以及所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸出接口通信連接；所述云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)用于 執(zhí)行上述的方法，其輸入接口分別與數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)的輸出接口以及所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù) 子系統(tǒng)的輸出接口通信連接，并接收數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù) 據(jù)信息；所述云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)的輸出接口還與所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸入接 口通信連接，將得到的α Λ作為每臺(tái)風(fēng)電機(jī)的功率限值傳遞給所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系 統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸出接口還與風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)中心 通信連接。
[0009] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸出接口與各風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電 場(chǎng)維護(hù)檢修部門(mén)客戶端通信連接。
[0010] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入接口由相互獨(dú)立設(shè)置的風(fēng) 電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，機(jī)組運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)接口，風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境、地形數(shù)據(jù)接口，SCADA 系統(tǒng)接口以及電網(wǎng)調(diào)度指令接口組成。
[0011] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)包括風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)控制模塊、風(fēng)電場(chǎng) 各運(yùn)行機(jī)組控制指令發(fā)送模塊以及風(fēng)電場(chǎng)各停運(yùn)機(jī)組維護(hù)檢修指令發(fā)送模塊，所述風(fēng)電場(chǎng) 各運(yùn)行機(jī)組控制指令發(fā)送模塊以及所述風(fēng)電場(chǎng)各停運(yùn)機(jī)組維護(hù)檢修指令發(fā)送模塊的輸入 接口分別與所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)控制模塊的輸出接口連接，輸出接口分別通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制 子系統(tǒng)的輸出接口與各機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)檢修部門(mén)通信連接，所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)控制模塊 通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸入接口接收云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)。
[0012] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述風(fēng)電場(chǎng)各運(yùn)行機(jī)組控制指令發(fā)送模塊的輸出接口通過(guò)所述 風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸出接口與各運(yùn)行機(jī)組通信連接，所述風(fēng)電場(chǎng)各停運(yùn)機(jī)組維護(hù)檢 修指令發(fā)送模塊通過(guò)所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸出接口與各停運(yùn)機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)維 修檢修部門(mén)通信連接。
[0013] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)以及系統(tǒng)自學(xué)習(xí)與優(yōu)化 修正模塊，所述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入接口通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸入接口接收來(lái)自數(shù)據(jù)信 息采集子系統(tǒng)、云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)以及風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，所述系 統(tǒng)自學(xué)習(xí)與優(yōu)化修正模塊將系統(tǒng)優(yōu)化修正數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)。
[0014] 采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 1、本發(fā)明通過(guò)系統(tǒng)智能優(yōu)化，首先實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)組的個(gè)性化和精細(xì)化控制，減 少風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)以及氣象、地形及空間的影響和限制，實(shí)現(xiàn)各機(jī)組的最優(yōu)發(fā)電；
[0016] 2、本發(fā)明合理安排機(jī)組的維護(hù)和檢修，降低備品備件更換頻率，減少人力資源成 本，達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)全場(chǎng)發(fā)電量最優(yōu)化目的的同時(shí)，降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大 化；
[0017] 3、本發(fā)明根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)各類數(shù)據(jù)綜合分析和判斷，精確預(yù)測(cè)極限風(fēng)速出現(xiàn)的位置和 時(shí)間，更加合理地安排各機(jī)位機(jī)組的停開(kāi)機(jī)，利用相對(duì)平緩的風(fēng)力資源，提升整體發(fā)電量；
[0018] 4、本發(fā)明通過(guò)在其他行業(yè)成熟應(yīng)用的人工智能技術(shù)和高效優(yōu)化算法，在短時(shí)間內(nèi) 就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組高效地運(yùn)維及檢修，降低了人力物力成本，提高了風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 圖1是本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)內(nèi)的云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0023] 圖4是本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0024] 圖5是本發(fā)明一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法，包括以下步驟：
[0026] 根據(jù)風(fēng)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)中的地理位置排布，將風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)分為m組，次序從上風(fēng)向 到下風(fēng)向分別記為第1、2、3、…、m組，每組包含的風(fēng)電機(jī)數(shù)量為1，則風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)的總數(shù)
其中％是第j組發(fā)電機(jī)的發(fā)電系數(shù)，Pg 第k臺(tái)風(fēng)電機(jī)的輸出功率：
所述P表不空氣密度，a是軸向誘導(dǎo)因子， A表示風(fēng)輪掃風(fēng)面積，Vk表示第k臺(tái)風(fēng)電機(jī)所處位置的風(fēng)速；
[0027] 通過(guò)尋優(yōu)方法求得P最大時(shí)對(duì)應(yīng)的一組a j;
[0028] 將α &作為每臺(tái)風(fēng)電機(jī)的功率限值實(shí)施控制。
[0029] 基于上述方法的一種風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)、云平臺(tái) 評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸 入接口分別與數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)、云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)以及風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的 輸出接口通信連接；云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)用于執(zhí)行本發(fā)明風(fēng)電場(chǎng)功率協(xié)同控制方法，其 輸入接口分別與數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)的輸出接口以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸出接口通信 連接，并接收數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；云平臺(tái)評(píng)估優(yōu) 化子系統(tǒng)的輸出接口還與風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸入接口通信連接，將得到的α &作 為每臺(tái)風(fēng)電機(jī)的功率限值傳遞給所述風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)。
[0030] 更進(jìn)一步具體來(lái)講，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的輸出接口還與風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)中心通信連 接。風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制子系統(tǒng)的輸出接口與各風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)檢修部門(mén)客戶端通信 連接。
[0031] 數(shù)據(jù)信息采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入接口由相互獨(dú)立設(shè)置的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)接口，機(jī)組運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)接口，風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境、地形數(shù)據(jù)接口，SCADA系統(tǒng)接口以及電網(wǎng)調(diào) 度指令接口組成。
[0032] 云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)包括風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)分析挖掘模塊以及全局優(yōu)化智能算法模 塊，風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)分析挖掘模塊通過(guò)云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)的輸入接口接收數(shù)據(jù)信息采集子 系統(tǒng)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，全局優(yōu)化智能算法模塊接收并計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)數(shù) 據(jù)分析挖掘模塊提供的數(shù)據(jù)，并通過(guò)云平臺(tái)評(píng)估優(yōu)化子系統(tǒng)的輸出接口發(fā)送給風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同 控制子系統(tǒng)以及