CN112653187A - 一种分布式风力发电集群控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式风力发电集群控制方法，属于能源技术领域，该方法能够应用于分布式风电运行控制、优化调度等场景。集群控制过程大致分为四个步骤：1)以多机出力特性一致、电气距离接近、控制运行方式相类似、利于集中管控为原则，进行集群划分；2)针对集群进行一体化整合和集中协调控制，建立混合分层控制架构，实现分布式电源多机统一调度；3)部署集群控制策略，实现集群内多分布式电源的协调控制，管理分布式电源有功功率控制、无功功率控制、电压安全稳定控制，实现集群统一控制目标；4)针对具体应用场景实现集群控制。达到降低分布式电源发电成本，提高电网安全性，提高分布式电源在未来智能电网中的灵活控制、调节能力。

Description

一种分布式风力发电集群控制方法

技术领域

本发明属于属于能源控制方法技术领域，尤其涉及一种分布式风力发电集群控制方法。

背景技术

分布式电源通常是指发电功率在几千瓦至几兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括：太阳能发电(光伏发电)、风力发电等。分布式电源的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，包括本地可方便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。但同时，分布式电源接入中压或低压配电网，将改变配电网的传统模式，对配电网的安全产生较大的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式风力发电集群控制方法，本发明的技术方案如下。

一种分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以多机出力特性一致、电气距离接近、控制运行方式相类似、利于集中管控为原则，进行集群划分；

S2：针对集群进行一体化整合和集中协调控制，建立混合分层控制架构，实现分布式电源多机统一调度；

S3：部署集群控制策略，实现集群内多分布式电源的协调控制，管理分布式电源有功功率控制、无功功率控制、电压安全稳定控制，实现集群统一控制目标；

S4：针对具体应用场景实现集群控制。

优选的，所述集群划分方法包括自动分群和用户手动选择：

自动分群：基于电压主导节点选择并聚集，通过对包括电网参数、母线电压、分布式电源发电功率等数据进行综合分析，得到该指定方法下一个区域内群的个数，以及每个群里对应的分布式风力发电；

用户手动选择：通过后台运行软件的执行给定每个风力发电的运行状态，平台运行人员可指定分区，即人工干预获取集群对应风力发电信息。

优选的，建立分布式风力发电集群控制架构，所述分布式风力发电集群控制架构采用混合分层控制架构。

优选的，所述混合分层控制架构为三层控制架构，包括主站层、集群控制层、分布式发电单元层。

优选的，所述主站层控制对象包括：以分布式电源厂站为单元，当建立了分布电源集群时以集群为单元，整体下发控制、调节指令，集群管控装置代表厂站分解就地策略，对就地分布式电源发电单元下发遥控、遥调、参数设置指令。

优选的，所述主站层控制功能为实现分布式电源数据监视控制功能和优化协调调度功能：

1)在紧急控制需求时，主站接受配网调度系统指令后生成指令序列，此控制拥有最高优先级；

2)调度AVC、AGC计划控制时，主站根据配网调度曲线(指令)，生成指令序列调节分布式电源实现调度控制；

3)主站自主策略控制时，主站自主策略包括全网经济运行和电压安全控制策略，电压安全控制策略优先级高于全网经济运行策略，通常运行全网经济运行策略，出现电压越限情况时，采用电压安全控制策略。

优选的，所述集群控制层作为厂站监控代理，负责就地信息的汇集、通信规约模型化转换、以及就地控制。

优选的，所述就地控制策略包括：

1)紧急控制当集群管控装置接收到主站下发的紧急调度指令后，直接进行指令转发至分布式发电单元；

2)主站调度控制集群管控装置收到主站下发的AVC、AGC调节目标，进行目标分解发至分布式发电单元；

3)主站指导下的目标控制，主站经优化计算后向集群管控装置下发目标控制范围、或参考电压、调差率等参数，集群管控装置在主站优化目标区间内自主控制调节下属分布式电源；

4)通信中断或无调度自主控制集群管控装置依据预设控制参数，通过实时采集的并网点电压、潮流信息自主控制调节下属分布式电源。

优选的，所述集群控制层据控制功能需求控制策略部署在主站侧或者区域管控装置侧，通过程序主动筛选，获取目标集群和集群内对应分布式电源厂站相应的控制指令，形成对分布式电源的集群控制：

1)对于某时间断面，各分布式电源厂站分别对应到某一固定集群，且该集群具有确定控制方法，即控制器，根据集群控制需求，控制器可部署在集群控制主站或者区域管控装置；

2)集群筛选功能：供电区域内含有不同类型的集群，即存在就地控制、主站电压主导控制方式、主站目标计划需量控制等多种运行方式，主站的无功电压优化算法面向的是全部分布式可控电源，因此当某个集群运行在非优化控制情况下，设置将其屏蔽。

通过采用以上技术方案，本发明达到的技术效果如下：

本发明采用分布式电源集群控制模式，大大降低分布式电源发电成本，提高电网安全性，提高分布式电源在未来智能电网中的灵活控制、调节能力，实现大规模分布式电源积极、有序、可持续发展和应用。

附图说明

图1集群控制步骤图；

图2集群划分设定流程图；

图3分布式电源集群混合分层架构图；

图4集群控制指令流图；

图5主站层执行策略流程图；

图6装置层执行策略流程图；

图7分布式电源电压控制区域划分；

图8定功率因数控制流程；

图9Q-V曲线控制模式一；

图10Q-V曲线控制模式二；

图11定功率控制流程。

具体实施方式

如图1所示，一种分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以多机出力特性一致、电气距离接近、控制运行方式相类似、利于集中管控为原则，进行集群划分；

S2：针对集群进行一体化整合和集中协调控制，建立混合分层控制架构，实现分布式电源多机统一调度；

S3：部署集群控制策略，实现集群内多分布式电源的协调控制，管理分布式电源有功功率控制、无功功率控制、电压安全稳定控制，实现集群统一控制目标；

S4：针对具体应用场景实现集群控制。

优选的，分布式电源属于某个集群，由集群划分方法决定，如图2所示，所述集群划分方法包括自动分群和用户手动选择：

自动分群：基于电压主导节点选择并聚集，通过对包括电网参数、母线电压、分布式电源发电功率等数据进行综合分析，得到该指定方法下一个区域内群的个数，以及每个群里对应的分布式风力发电；

用户手动选择：通过后台运行软件的执行给定每个风力发电的运行状态，平台运行人员可指定分区，即人工干预获取集群对应风力发电信息。

集群与组成元素动态展示：

集群依靠信息模型来封装，通过统计器的方式对集群配置属性并进行动态展示。

1)集群内分布式电源动态成员列表清单；

2)集群动态维护信息，包括群成员个数、总装机容量、实时无功备用容量、实时正向无功输出容量、实时反向无功输出容量等；

3)通过页面的方式对集群进行汇总信息和单独的运行信息展示。由于集群的个数是变化的，因此展示页面内容可增加与削减。

优选的，建立分布式风力发电集群控制架构，所述分布式风力发电集群控制架构采用混合分层控制架构。

如图3所示，所述混合分层控制架构为三层控制架构，包括主站层、集群控制层、分布式发电单元层。

优选的，所述主站层控制对象包括：以分布式电源厂站为单元，当建立了分布电源集群时以集群为单元，整体下发控制、调节指令，集群管控装置代表厂站分解就地策略，对就地分布式电源发电单元下发遥控、遥调、参数设置指令。其中集群控制指令如图4所示。

优选的，所述主站层控制功能为实现分布式电源数据监视控制功能和优化协调调度功能。如图5所示，针对10kV供电区域内分布式电源的遥控、遥调控制依据如下策略集：

1)在紧急控制需求时，主站接受配网调度系统指令后生成指令序列，此控制拥有最高优先级；

2)调度AVC、AGC计划控制时，主站根据配网调度曲线(指令)，生成指令序列调节分布式电源实现调度控制；

3)主站自主策略控制时，主站自主策略包括全网经济运行和电压安全控制策略，电压安全控制策略优先级高于全网经济运行策略，通常运行全网经济运行策略，出现电压越限情况时，采用电压安全控制策略。

如图6所示，所述集群控制层作为厂站监控代理，负责就地信息的汇集、通信规约模型化转换、以及就地控制。

优选的，所述就地控制策略包括：

1)紧急控制当集群管控装置接收到主站下发的紧急调度指令后，直接进行指令转发至分布式发电单元；

2)主站调度控制集群管控装置收到主站下发的AVC、AGC调节目标，进行目标分解发至分布式发电单元；

3)主站指导下的目标控制，主站经优化计算后向集群管控装置下发目标控制范围、或参考电压、调差率等参数，集群管控装置在主站优化目标区间内自主控制调节下属分布式电源；

4)通信中断或无调度自主控制集群管控装置依据预设控制参数，通过实时采集的并网点电压、潮流信息自主控制调节下属分布式电源。

优选的，所述集群控制层据控制功能需求控制策略部署在主站侧或者区域管控装置侧，通过程序主动筛选，获取目标集群和集群内对应分布式电源厂站相应的控制指令，形成对分布式电源的集群控制：

1)对于某时间断面，各分布式电源厂站分别对应到某一固定集群，且该集群具有确定控制方法，即控制器，根据集群控制需求，控制器可部署在集群控制主站或者区域管控装置；

2)集群筛选功能：供电区域内含有不同类型的集群，即存在就地控制、主站电压主导控制方式、主站目标计划需量控制等多种运行方式，主站的无功电压优化算法面向的是全部分布式可控电源，因此当某个集群运行在非优化控制情况下，设置将其屏蔽。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

分布式电源集群就地控制对电压区间划分如附图7所示，电压在97％Un～103％Un位电压合格区，不需要控制集群内部分布式电源；电压在93％Un～97％Un和103％Un～107％Un为电压警戒，进行集群第一轮控制；电压大于107％Un或小于93％为电压不合格区域。

1.定功率因数控制

控制流程如附图8所示，功率因数可以是一条直线，也可以是折线基于功率因数量测偏差，采用Q-U下垂特性曲线，分析当前电压恢复到参考的无功缺额，当现有无功容量满足无功缺额时，区域集群管控设备下发无功目标值，并最终实现电压恢复；当无功容量不满足无功缺额时，下调电压参考，当电压参考在电压限值范围内时，重新计算无功缺失，否则以最大无功能力输出，降低有功档位。

2.下垂控制

如附图9、10所示，基于电压和功率因数偏差，采用Q-U下垂特性曲线，分析当前电压恢复到参考的无功缺额，当现有无功容量满足无功缺额时，区域集群管控设备下发无功目标值，并最终实现电压恢复；当无功容量不满足无功缺额时，下调电压参考，当电压参考在电压限值范围内时，重新计算无功缺失，否则以最大无功能力输出，降低有功档位。

集群进入下垂控制方式有两种：

a)设置了一个电压中等级阀值(例如0.97～1.03)，检测到集群并网点(或公共连接点)电压越限事件，此厂站自动由定功率因数控制转投入下垂控制，由于出现电压中等级越限，优先解决局部问题；

b)主站通过全局算法，规划出更多的、相关的厂站，指派其进入下垂控制(主导节点划分方法，只是划分的厂站将进行STR2控制)，这里是集中的主导动态分群概念。

3.无功定量控制

如附图11所示，主站进行全局分群算法选出若干电压相关的群，或者主导节点算法，选出敏感度高、敏感度低群。设定管控装置集群系统无功出力目标值，根据系统就地侧PQ解耦控制策略响应，调整无功目标档位，使电压处于安全稳定域内，当无功调节无法满足条件时，降低有功参考档位。

4.紧急无功支撑控制

当分布式电源集群在电压严重越限时或者电网需要无功紧急支撑时，分布式电源集群管控装置切换为紧急无功支撑控制，包括自动切(电压严重越线)、主站指令切(电网需要无功支撑)两种方式。分布式电源集群管控装置控制群内分布式电源，集群发出全额无功(低电压)或吸收全额无功(过电压)。策略不考虑并网点电压、并网点功率因数等。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以多机出力特性一致、电气距离接近、控制运行方式相类似、利于集中管控为原则，进行集群划分；

S2：针对集群进行一体化整合和集中协调控制，建立混合分层控制架构，实现分布式电源多机统一调度；

S3：部署集群控制策略，实现集群内多分布式电源的协调控制，管理分布式电源有功功率控制、无功功率控制、电压安全稳定控制，实现集群统一控制目标；

S4：针对具体应用场景实现集群控制。

2.根据权利要求1所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述集群划分方法包括自动分群和用户手动选择：

自动分群：基于电压主导节点选择并聚集，通过对包括电网参数、母线电压、分布式电源发电功率等数据进行综合分析，得到该指定方法下一个区域内群的个数，以及每个群里对应的分布式风力发电；

用户手动选择：通过后台运行软件的执行给定每个风力发电的运行状态，平台运行人员可指定分区，即人工干预获取集群对应风力发电信息。

3.根据权利要求1所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，建立分布式风力发电集群控制架构，所述分布式风力发电集群控制架构采用混合分层控制架构。

4.根据权利要求3述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述混合分层控制架构为三层控制架构，包括主站层、集群控制层、分布式发电单元层。

5.根据权利要求4所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述主站层控制对象包括：以分布式电源厂站为单元，当建立了分布电源集群时以集群为单元，整体下发控制、调节指令，集群管控装置代表厂站分解就地策略，对就地分布式电源发电单元下发遥控、遥调、参数设置指令。

6.根据权利要求4所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述主站层控制功能为实现分布式电源数据监视控制功能和优化协调调度功能：

1)在紧急控制需求时，主站接受配网调度系统指令后生成指令序列，此控制拥有最高优先级；

2)调度AVC、AGC计划控制时，主站根据配网调度曲线(指令)，生成指令序列调节分布式电源实现调度控制；

3)主站自主策略控制时，主站自主策略包括全网经济运行和电压安全控制策略，电压安全控制策略优先级高于全网经济运行策略，通常运行全网经济运行策略，出现电压越限情况时，采用电压安全控制策略。

7.根据权利要求4所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述集群控制层作为厂站监控代理，负责就地信息的汇集、通信规约模型化转换、以及就地控制。

8.根据权利要求7所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述就地控制策略包括：

1)紧急控制当集群管控装置接收到主站下发的紧急调度指令后，直接进行指令转发至分布式发电单元；

2)主站调度控制集群管控装置收到主站下发的AVC、AGC调节目标，进行目标分解发至分布式发电单元；

3)主站指导下的目标控制，主站经优化计算后向集群管控装置下发目标控制范围、或参考电压、调差率等参数，集群管控装置在主站优化目标区间内自主控制调节下属分布式电源；

4)通信中断或无调度自主控制集群管控装置依据预设控制参数，通过实时采集的并网点电压、潮流信息自主控制调节下属分布式电源。

9.根据权利要求4所述的分布式风力发电集群控制方法，其特征在于，所述集群控制层据控制功能需求控制策略部署在主站侧或者区域管控装置侧，通过程序主动筛选，获取目标集群和集群内对应分布式电源厂站相应的控制指令，形成对分布式电源的集群控制：

1)对于某时间断面，各分布式电源厂站分别对应到某一固定集群，且该集群具有确定控制方法，即控制器，根据集群控制需求，控制器可部署在集群控制主站或者区域管控装置；

2)集群筛选功能：供电区域内含有不同类型的集群，即存在就地控制、主站电压主导控制方式、主站目标计划需量控制等多种运行方式，主站的无功电压优化算法面向的是全部分布式可控电源，因此当某个集群运行在非优化控制情况下，设置将其屏蔽。

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