[发明专利]用于风电厂结合的自动发电控制增强

说明书

技术领域

本发明概要地涉及风力发电，更具体而言，涉及用于在风电厂控 制系统和能量管理系统之间的双向和/或单向通信以改善电网运行的 系统和方法。

背景技术

通常，风力发电系统包括具有给电网提供功率的多台风力涡轮发 电机的风电厂。风电厂的集合功率输出在各个风力涡轮发电机上受风 状况影响很大。电网运营商通常有其它的功率资源，例如火电厂来平 衡功率的产生和消耗，因而适应间歇的风状况期间风状况的变化。火 电厂可包括例如燃煤和燃气的电站。由于阵风或低速风状况而引起的 风电场的功率波动通常由电网运营商通过调节这些火电厂的功率输 出来处理，从而提供充足的功率以匹配需求。

电网将能量从电厂传输并分配到工业、商业、居民和其它的终端 用户处。必须将电网运行成保持功率平衡，并将电网的频率保持在设 定的范围限制内。在预定的范围内运行确保功率对电网内的终端用户 是可用的，并确保与其它电网进行功率交换的可能性。

为了使电网运行在建立的范围内，电网运营商必须知道终端用户 消耗的功率的量，电厂产生的功率的量以及与相邻系统交换的功率的 量。运营商修改总的功率产生以匹配功率消耗以及交换的变化水平。 运营商通过指示电厂增加或减少它们的功率输出来实现此目的。

电网运营商提供称为自动发电控制(AGC)的集中控制，该控制指 示各发电机的参与子集调节它们的输出，以便即使当功率消耗变化时 仍维持预定的频率和功率交换。电网运营商必须连续地微调在功率产 生、电网输入和电网输出以及功率消耗之间的匹配。该电网调整要求 电厂的功率能在电网运营商的实时控制下斜坡上升或斜坡下降。调整 用于保证在电网运营商的控制区域内，电网运行符合电网监察机构要 求的性能标准。控制区域内电网运行质量的测量称为区域控制误差 (ACE)。

ACE是控制区域对计划的净输入功率或输出功率的偏离和将电 网频率维持在目标水平(在美国为60赫兹)所需的控制区域对功率变动 的贡献的组合。世界上不同的地区维持其它的电网频率。将ACE保 持在规定的限制内所需的功率和ACE的幅度相对于控制区域内消耗 的总功率较小。例如，在加利福尼亚州，其典型地为大约0.5％。

作为一个性能指导，北美电力可靠性协会(NERC)定义了最低控 制性能标准(CPS1，CPS2)，其将性能量化为ACE和互连频率之间的关 系。根据NERC的控制性能标准CPS1和CPS2，快速而大范围变化 的负荷会负面地影响控制区域的控制性能。为了互连的运行可靠性， 当控制区域不能符合NERC标准时，会对控制区域强加一定的惩罚。

当风功率加入系统控制区域后，系统必须响应系统负荷以及风功 率的波动。来自风功率的波动可能快速发生。然而，要快速改变火电 厂的功率输出以补偿来自风能的贡献通常是比较困难的。火力发电机 增加或减少它们的功率输出的速度受到各种电厂部件的物理性能的 限制。增加功率输出的限制可能和减少功率输出的限制不同。风力发 电的本质是使得能够命令风电厂减少功率输出，但是不能增加功率输 出，因为风是不可控的。因此当火电厂以其最大速率减少，但该速率 仍然不足以满足电网运营商的要求时，就可以利用减少风力发电的能 力。

电网运营商必须连续地改变来自电厂发电机的功率产出以便保 持负荷和发电之间的平衡，从而保持恒定的系统频率以及与相邻电网 的功率交换，也称为功率结(power tie)。由AGC给出的相对快速而集 中的控制指示参与的各发电机调节其输出。典型地，风力发电不参与 AGC。对于风占据了总发电量较大份额的电力系统电网，由于参与到 AGC中的各发电机不能充分响应，可能会违反维持频率的电网控制目 标。

另外，为了降低风电厂运营商的成本，以峰值能量产出运行风电 厂是很重要的。如果为了不超过或违反对电网的能量贡献限制而必须 缩减风电厂功率产生，则会损失能量产出。在缩减的风电厂功率产生 的时期期间，电网运营商希望获取尽可能多的信息，以便最小化损失 能量产生，同时仍然将电网运行在系统频率和功率交换限制内。

因此，需要提供一种系统和方法，用于和公用电网AGC分享风 电厂有功功率应变量(active power function)的信息和/或限制控制， 从而既改善电网运营商将电网运行维持在设定方针内的控制，又减少 风电厂的风能产出损失。

发明内容