一种基于风电机组和同步发电机控制频率的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基于风电机组和同步发电机控制频率的方法及装置，该方法包括：监测电力系统的频率，在电力系统的频率小于等于第一阈值后，调整电力系统中的风电机组的转速增加风电机组的输出功率，并根据调整电力系统中的风电机组的转速过程中监测到的电力系统的频率，确定电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号，进而控制N台同步发电机分别根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，以使电力系统的频率恢复至电力系统的额定频率，并降低了电力系统的频率变化率和频率偏移量。

【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，尤其涉及一种基于风电机组和同步发电机控制频率的方法及装置。
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基于风电机组和同步发电机控制频率的方法及装置，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基于风电机组和同步发电机控制频率的方法，包括：监测电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，调整所述电力系统中的风电机组的转速；根据调整所述电力系统中的风电机组的转速过程中监测到的所述电力系统的频率，确定所述电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号；控制所述N台用于频率控制的同步发电机分别根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，以使所述电力系统的频率恢复至所述电力系统的额定频率。本专利技术实施例还提供一种基于风电机组和同步发电机控制频率的装置，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，调整所述电力系统中的风电机组的转速；根据在调整所述电力系统中的风电机组的转速过程中所述监测模块监测到的所述电力系统的频率，确定所述电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号；控制所述N台同步发电机分别根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，以使所述电力系统的频率恢复至所述电力系统的额定频率。本专利技术的上述实施例中，考虑到风电机组的旋转动能一般情况下只能持续数十秒，在其退出电力系统的频率控制后，用于频率控制的同步发电机如果仍然按照风电机组参与频率控制的情况进行有功功率的调整，将延迟用于频率控制的同步发电机参与电力系统的频率调整的速度，因此，调整风电机组的转速过程，确定所述电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号，控制N台用于频率控制的同步发电机根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，从而有助于降低电力系统的频率变化率和频率偏移量。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基于风电机组和同步发电机控制频率的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风电机组机械功率变化率与转速关系示意图；图4为本专利技术实施例中设定的风电机组频率控制的最低转速与风速关系示意图；图5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6为本专利技术实施例中风速为11.4m/s时K和转速下降时间关系示例；图7为本专利技术实施例中采用的电力系统模型示意图；图8为本专利技术实施例中电力系统的频率对比图；图9为本专利技术实施例中仿真得到的风电机组输出功率的对比图；图10为本专利技术实施例中仿真得到的风电机组转速变化对比图；图11为本专利技术实施例中仿真得到的同步发电机输出功率对比图；图12为本专利技术实施例提供的一种基于风电机组和同步发电机控制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风电机组的旋转动能对电力系统的频率进行短暂的控制，即风电机组在正常情况下运行在最大功率跟踪状态，当电力系统的频率下降时，控制风电机组减速运行，从而通过旋转的叶轮、转子等释放出额外的有功功率用于系统的频率支撑。然而，本申请专利技术人经研究发现：由于风电机组的转速变化范围有限，因而风电机组能够利用的旋转动能有限，当风电机组释放旋转动能后，还将从电力系统吸取功率以加速回到最大功率跟踪运行状态，因此，从减速到加速的转换过程中，由于风电机组功率的变化可能引起电力系统的频率发生二次跌落。且上述作法中，控制难度较高，若控制不当，则可能导致风电机组失速过快而失稳或者不能充分利用风电机组的旋转动能，无法实现较好的频率控制效果。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控制难度高的问题。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。同步发电机的调速器功率调整过程相对比较缓慢，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，因此，通过控制风电机组在系统频率下跌的初始阶段输出较大功率，能够降低系统频率偏移量，减缓频率的下跌过程，延迟同步发电机的响应，并通过将系统频率变化量引入到同步发电机的功率控制，使同步发电机与风电机组协调控制，有效提高系统频率控制效果。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基于风电机组和同步发电机控制频率的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，调整所述电力系统中的风电机组的转速；步骤103，根据调整所述电力系统中的风电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风电机组和同步发电机控制频率的方法，其特征在于，所述方法包括：监测电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，调整所述电力系统中的风电机组的转速；根据调整所述电力系统中的风电机组的转速过程中监测到的所述电力系统的频率，确定所述电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号；控制所述N台用于频率控制的同步发电机分别根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，以使所述电力系统的频率恢复至所述电力系统的额定频率。

【技术特征摘要】
1.一种基于风电机组和同步发电机控制频率的方法，其特征在于，所述方法包括：监测电力系统的频率；确定所述电力系统的频率小于等于第一阈值后，调整所述电力系统中的风电机组的转速；根据调整所述电力系统中的风电机组的转速过程中监测到的所述电力系统的频率，确定所述电力系统中N台用于频率控制的同步发电机分别对应的附加功率信号；控制所述N台用于频率控制的同步发电机分别根据对应的附加功率信号增加有功功率输出，以使所述电力系统的频率恢复至所述电力系统的额定频率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述电力系统中的风电机组的转速，包括：根据预先设置的最低转速以及将所述风电机组由正常转速降低至所述最低转速的时间，降低所述风电机组的转速；确定所述风电机组的转速降低至所述预先设置的最低转速后，将所述风电机组由最低转速恢复至所述正常转速。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预先设置的最低转速是通过如下方式确定的：根据在不同风速下风电机组的转速与所述风电机组捕获的机械功率的关系，计算在不同风速下所述风电机组捕获的机械功率随转速的变化率；为避免风电机组转速过度降低而减少机械功率的捕获，根据不同的风速设定风电机组参与频率控制的最低转速；不同风速下风电机组的转速与所述风电机组捕获的机械功率的关系以及当前风速，得到所述预先设置的最低转速。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调整所述电力系统中的风电机组的转速，包括：根据设定的所述风电机组的功率给定值，调整所述电力系统中的风电机组的转速；所述功率给定值用于在调整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。5.如权利要求4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-ωminωr0-ωmin)]]>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，ωr0表示所述风电机组的正常转速，ωmin表示所述预先设置的最低转速，K为系数。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定所述电...

【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