发明专利案例：风力发电场的风力发电控制系统及其控制方法

发布时间：2020-03-24

专利名称：风力发电场的风力发电控制系统及其控制方法

专利类型：发明专利申报

摘要：

本发明涉及一种风力发电场的风力发电控制系统及控制方法，所述风力发电控制系统包括集中控制平台和由所述集中控制平台控制的风力发电场，所述风力发电场包括若干依地势设置的风力发电装置，与每个风力发电装置一同设置的风况测定装置和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置，所述集中控制平台包括控制模块组、通讯接口及存储模块组，所述控制模块组包括风机组模块、风速预测模块、输出预测模块、输出决定模块、转速控制模块。该系统和方法可使风力计算准确且稳定，从而更好的抑制从风力发电场输出的功率的变动，维持恒定输出的技术。

权利要求：

1.一种风力发电场的风力发电控制系统，其特征在于，所述风力发电控制系统(1)包括集中控制平台(2)和由所述集中控制平台(2)控制的风力发电场(3)，所述风力发电场(3)包括若干依地势设置的风力发电装置(4)，与每个风力发电装置(4)一同设置的风况测定装置 (5)和控制所述风力发电装置转速的风力控制装置(6)，所述集中控制平台(2)包括控制模块组(8)、通讯接口(7)及存储模块组(9)，所述控制模块组(8)包括风机组模块(10)、风速预测模块(11)、输出预测模块(13)、输出决定模块(14)以及转速控制模块(15)；所述风况测定装置(5)测定风力和风向数据后经过所述通讯接口(7)传递给所述控制模块组(8)；所述控制模块组(8)根据风力和风向的变化值决定至少一组上风位风机组(16)和数个下风位机(17)；所述上风位风机组(16)中包括一个中心发电装置，以及分别不少于一个的高位发电装置、低位发电装置和/或水平发电装置；所述风机组模块(10)通过通讯接口获取风机组各个发电装置的风力和风向数据，并传输至风速预测模块(11)；所述风速预测模块(11)用于根据所述上风位风机组(16)的平均风力和风向，以及所述下风位风机(17)相对于所述上风位风机组(16)的中心发电装置的距离和角度来预测所述各下风位风机(17)在固定时间间隔的风速变动；所述输出预测模块(13)根据控制模块组(8)确定某组为上风发电机组后，输出预测模块(13)接到指令，计算在预定的时间后，整个风场输出变动，以及各个风力发电机组输出变动，以及某个风机的输出变动；所述输出决定模块(14)用于决定每个所述风力发电装置(4)的实际输出功率；所述转速控制模块(15)用于根据所出决定模块(14)计算出的实际输出功率，控制所述风力发电装置(4)的实际转速。 2.如权利要求1所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述控制模块组(8)还包括有风速比较模块(12)和中心发电机选择模块(19)，所述风速比较模块(12)用于比较上风位风机组(16)中每个发电装置的实际风速与平均风速，并向中心发电机选择模块(19)发送比较数据，并经其模块选定比较数据中差值最小的发电装置为中心发电装置。 3.如权利要求2所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述控制模块组(8)还包括组别修正模块(18)；当风速变化时，中心发电装置风速变化前后的差值，按照一定间隔被记录下来，并与组别修正模块(18)预设的变动阈值相比较，当超过预设阈值时，向风速预测模块 (11)发出请求，调取高位、低位、水平发电装置中被记录的数据进行相似度比较。 4.如权利要求3所述的风力发电控制系统，其特征在于，当中心发电装置的风速变动曲线与高位发电装置和低位发电装置的风速变化曲线相似度超过80％，与水平发电装置的风速变化曲线相似度超过90％，则重新确定本组风机组为上风位风机组(16)；其中，风速变化曲线具体为在评价时间内，发电装置的风速变动频率和风速大小的关系特性曲线，相似度具体为不同发电装置的风速变化曲线的形态相似度。 5.如权利要求1-4中任一项所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述存储模块组 (9)还包括有历史存储区域，用于将任一组合的上风位风机组(16)的相应位置与其受风风向组合，并编号进行存储。 6.如权利要求5所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述控制模块组(8)还包括有初始化模块(20)，当上风位风机组(16)的风况测定装置(5)检测到风停或风向变化超过预设阈值时，通过初始化模块(20)将上风位风机组(16)进行初始化，解散组别。 7.如权利要求6所述的风力发电控制系统，其特征在于，当风向角度变化超过预设的角度阈值30°时，所述输出预测模块(13)根据风向与存储模块组(9)中的历史记录进行匹配，选择对应编号的上风位风机组(16)，作为初始上风位风机组(16)。 8.如权利要求2所述的风力发电控制系统，其特征在于，所述存储模块组(9)还包括有地表特征存储区域，用于根据各个风机位置之间的地标特征记录并进行误差计算；所述控制模块组(8)还包括风速预测风速修正模块(21)，所述预测风速修正模块(21)根据各个风机所在的地表特征及高度条件对预测风速进行修正。 9.一种如权利要求1-8中任一项所述的风力发电控制系统的控制方法，包括以下步骤： S01 风速测定装置(5)监测上风位风机组(16)中各个发电装置的风速； S02 风速比较模块(12)接收各个发电装置的实际风速，并计算出平均风速，向中心发电机选择模块(19)发送比较数据，选定差值最小的发电装置为中心发电装置；同时风速比较模块(12)还监测风速变化，当风速不变时至步骤S04，风速变化则至步骤S03； S03 当风速变化时，中心发电装置风速变化前后的差值，按照一定间隔被记录下来，并与预设的变动阈值相比较，当超过预设阈值时，风速比较模块(12)向风速变动预测模块 (18)发出请求，调取高位、低位、水平发电装置中被记录的数据进行相似度比较；其中，当中心发电装置与高位发电装置和低位发电装置相似度超过80％，与水平发电装置相似度超过 90％，则重新确定本组风机组为上风位风机组(16)； S04 风速预测模块(11)根据上风位风机组(16)的平均风力和风向，以及下风位风机 (17)相对于中心发电装置的距离和角度来预测各下风位风机(17)在固定时间间隔的风速变动，并根据风速变动向输出预测模块(13)下达风力发电装置的变动指令； S05 输出预测模块(13)接到指令，计算在预定的时间后，对整个风场、各个风力发电机组以及某个风机的输出进行变动。 10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在无风或风向变化超过风向预测模块(21)预设的阈值时通过初始化模块(20)将上风位风机组(16)进行初始化，解散组别；其中，当上风位风机组(16)的风况测定装置5监测的风向角度变化超过预设的角度阈值30°时，所述输出预测模块(13)根据风向与存储模块组(9)中的历史记录进行匹配，选择对应编号的上风位风机组(16)，作为初始上风位风机组(16)。

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