一种减载变速风电机组的系统频率控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种减载变速风电机组的系统频率控制方法及装置，该方法包括：监测所述电力系统的频率，确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由超速减载的转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速，并在确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，从而增加风电机组的输出功率降低电力系统的频率变化率和频率偏移量，且能够最大程度的利用风电机组的旋转动能和减载功率，使其兼具惯性响应和一次调频的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电有功功率控制领域，尤其涉及一种减载变速风电机组的系统频率控制方法及装置。
技术介绍
风力发电在电力系统中所占比重越来越大，尤其是变速风力发电机，由于其优越的控制性能，在电力系统中已经广泛采用。与传统的同步发电机相比，变速风电机组通过电力电子装置并网，所以对电网动态表现出无惯性或弱惯性；其次，为了获得最大的风电功率，变速风电机组一般都运行在最大功率跟踪状态，因而风电机组没有有功功率储备。这些特性使得并网风电机组基本不响应电网有功功率的变化，即不具备向电力系统提供频率控制的能力。然而，在弱电网、孤立电网以及风电渗透率较大的情况下，电力系统的功率不平衡时，容易引起较大的频率变化率和频率偏移量，从而可能导致电力系统的频率失稳，给电力系统的安全运行带来挑战。因此，目前亟需一种能够有效控制电力系统的频率的方法，降低电力系统的频率变化率和频率偏移量，保证电力系统的安全运行。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种减载变速风电机组的系统频率控制方法及装置，用以降低电力系统的频率变化率和频率偏移量，保证电力系统的安全运行。本专利技术实施例提供的一种减载变速风电机组的系统频率控制方法，包括：监测所述电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由初始转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速；所述预先设置的最优转速位于所述风电机组的最大功率跟踪曲线上；确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，以使风电机组的减载功率和旋转动能得以充分利用支撑系统频率。本专利技术实施例还提供一种减载变速风电机组的系统频率的装置，所述装置包括监测模块和控制模块；所述监测模块，用于监测所述电力系统的频率；所述控制模块，用于确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由初始转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速；所述预先设置的最优转速位于所述风电机组的最大功率跟踪曲线上；确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，以使风电机组的减载功率和旋转动能得以充分利用支撑系统频率。本专利技术的上述实施例中，在所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，降低电力系统中的风电机组的转速，且在风电机组的转速降低至预先设置的最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，从而实现了降低电力系统的频率变化率和频率偏移量，且能够最大程度的利用风电机组的旋转动能和减载功率，使其兼具惯性响应和一次调频的功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种减载变速风电机组的系统频率控制方法所对应的流程示意图；图2为本专利技术实施例中风电机组的功率曲线示意图；图3为本专利技术实施例中K和转速下降时间关系的计算方法示意图；图4为本专利技术实施例中风速为10m/s时K和转速下降时间关系示例；图5为本专利技术实施例中电力系统的频率对比图；图6为本专利技术实施例中仿真得到的风电机组的机械功率和输出功率示意图；图7为本专利技术实施例中仿真得到的风电机组转速变化示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种减载变速风电机组的系统频率的装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对于在弱电网，孤立电网以及风电渗透率较大的情况下，系统功率不平衡时，容易引起较大的频率变化率和频率偏移量，可能导致系统频率失稳的问题，一种现有的作法是利用减载功率对系统频率进行控制，具体来说，为了使风电机组具有持续的有功功率储备从而具有一次调频的能力，风电机组需要采用超速或者变桨调节的方法实现风电机组的减载运行，使正常运行的风电机组就具有一定的有功功率储备。当系统频率跌落时，释放储备的有功功率提供系统频率支撑。也就是说，通过下垂控制使风电机组减速，从而增大风电机组捕获的机械能量，以增加风电机组的输出功率实现对系统频率的控制。然而，本申请专利技术人经研究发现：由于风电机组在这一过程中将减速运行，风电机组也释放了部分旋转动能，而目前采用的下垂控制方法并没有充分利用超速减载风电机组的旋转动能，且下垂控制的参数选择也比较困难，选择不当容易导致风电机组过度失速而失稳。综上，本专利技术实施例提供一种更为有效的频率控制方法，能够降低电力系统的频率变化率和频率偏移量，且避免现有作法中可能导致的电力系统的频率发生二次跌落以及下垂控制参数选择难度高的问题。本专利技术实施例从系统运行的角度出发，发挥风电机组的频率控制作用，主要针对超速减载风电机组提供一种超速减载变速风电机组的频率控制方法，能最大程度的利用风电机组的旋转动能和减载功率使其兼具惯性响应和一次调频的功能，同时本专利技术实施例中的方法能考虑风电机组的初始运行状态，在频率控制过程中确保风电机组不会过度失速，保证风电机组的稳定运行。具体来说，电力系统的频率下跌可以用最大频率偏移量(Δfmax)，频率变化率(dΔf/dt)，稳态频率偏移量(Δfn)，频率下降时间(Tnadir)等指标来衡量。其中，最大频率偏移量和频率变化率是最重要的两个指标，通常用来触发电力系统中的保护和控制装置。在电力系统的频率控制中，频率变化与不平衡功率通常用下式来衡量。其中，H表示电力系统的惯性时间常数，D表示负载阻尼系数，P同步发电机表示用于频率控制的同步发电机的功率，P风电表示风电机组的输出功率，P负载代表电力系统总的负载。从公式(1)可以看出，在电力系统由于功率不平衡引起频率下跌的初始阶段，电力系统的频率偏移量还相对比较小，电力系统的频率的变化率将主要取决于电力系统的不平衡功率和电力系统的惯性时间常数，而电力系统最大频率偏移量将取决于电力系统中用于频率控制的同步发电机的调速器特性、负荷特性等。由于风电机组的快速有功功率调整特性，风电机组可以通过变频器快速调整输出有功功率用于补偿同步发电机相对较慢的调整特性，因而通过控制风力发电机的输出功率可以灵活的提供系统频率支撑，从而降低系统频率偏移量和频率变化率。下面结合附图对本专利技术实施例进行详细说明。图1为本专利技术实施例提供的一种减载变速风电机组的系统频率控制方法所对应的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：步骤101，监测所述电力系统的频率；步骤102，确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由初始转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速；所述预先设置的最优转速位于所述风电机组的最大功率跟踪曲线上；步骤103，确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，以使风电机组的减载功率和旋转动能得以充分利用支撑系统频率。需要说明的是，上述步骤编号仅为说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减载变速风电机组的系统频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：监测所述电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由初始转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速；所述预先设置的最优转速位于所述风电机组的最大功率跟踪曲线上；确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，以使风电机组的减载功率和旋转动能得以充分利用支撑系统频率。

【技术特征摘要】
1.一种减载变速风电机组的系统频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：监测所述电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，根据预先设置的最优转速以及将所述风电机组由初始转速降低至所述最优转速的时间，降低所述风电机组的转速；所述预先设置的最优转速位于所述风电机组的最大功率跟踪曲线上；确定所述风电机组的转速降低至所述最优转速后，控制所述风电机组停留在所述最优转速运行，以使风电机组的减载功率和旋转动能得以充分利用支撑系统频率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置的最优转速是通过如下方式确定的：根据当前风速以及所述风电机组的最大功率跟踪曲线，得到所述预先设置的最优转速。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设定所述风电机组的功率给定值；所述功率给定值用于在降低所述风电机组的转速过程中控制所述风电机组发出的功率。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下方式设定所述风电机组的功率给定值：Pref=K×(ωr-ωoptω0-ωopt)]]>其中，Pref表示所述风电机组的功率给定值，ωr表示所述风电机组的转速，ω0表示所述风电机组的初始转速，ωopt表示所述预先设置的最优转速，K为系数。5.一种减载变速风电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥国毅，龙云波，葛丹丹，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11