考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，包括：建立风电场综合调频数学模型；确定参与调频的风电机组所占最小比例，确定参与调频的风机数量m；测量风机所接收到的风速；根据综合调频数学模型，确定风机的最佳风速范围；选择最佳风速范围的风机参与调频；如果选择参与调频风机的数量小于m，从不高于最佳风速范围的风速的风机之中，按照风速依次减小的顺序选择风机参与调频；如果选择参与调频的风机数量仍小于m，从高于最佳风速范围内的风速的风机之中，按照风速依次增大的顺序选择风机参与调频。本发明专利技术调频方法能在风机利用率高且弃风率低的情况下，实现较佳的调频能力，保证可调频风机提供持续的调频支援，提高调频效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网调频
，尤其涉及一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法。
技术介绍
随着全球经济发展对电力需求的快速增长和可持续发展的要求，风力发电技术顺势而生。风能作为一种可再生能源且绿色环保，利用风能发电有利于全球经济可持续发展。我国国土面积辽阔，风能资源丰富。在全球大力开发风力发电技术的大流下，我国的风电发电也迅速发展。我国局部地区电网的风电渗透率已经超过了20％。随着风电技术的日趋成熟，风电成本越来越低，我国并网大容量风电机组得到迅速发展，可以与传统的同步发电机组一起并网使用。然而，风电固有的随机性、间歇性和波动性的特点使得大容量风电场对电网的动态稳定、调频调压等方面都产生了显著的不利影响。例如，在DFIG(Double-FedInductionGenerator，双馈式感应发电机)中，DFIG的控制系统使其转速与电网频率解耦，导致转子旋转动能中的“隐含惯量”对接入电网的惯量几乎没有贡献，因而在一定程度上影响甚至恶化了电网的频率调节效应。当电网中的风电渗透率不断增大时，这些影响也会越来越明显，以至威胁到整个电网的安全运行。近年来，国内外学者对风机参与电网调频开展了大量研究并提出了许多控制措施。针对风力发电机的频率响应特性与传统同步发电机不同的问题，有文献对风机并网后电网的频率响应特性进行了仿真和分析，从转子磁链角度入手，提出通过控制DFIG转子磁链位置来控制转子转速的变化，从而控制风电机组的出力。另有文献在双馈感应风力发电机控制系统中引入频率响应环节，通过控制风机出力使得风机产生“模拟惯量H”，使风电场在一定程度上参与频率调节。指出用附加模拟惯量控制可能导致风力发电机失稳，提出了可调频风机与传统风机协调的频率控制方法。然而，以上研究给出的实际上是“模拟惯量H”对一次调频的控制，并没有考虑调频时风机利用率、弃风率、风速等动态因素的影响，上述研究中的风机一次调频往往只能进行短暂的调频支援。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法。本专利技术方法通过分析风机参与调频的基本原理，建立描述风电场渗透率、参与调频风机所占比例以及风机的频率调节系数和利用率之间关系的数学模型，利用该数学模型建立风电场综合调频模型。本专利技术的调频方法在该综合调频模型的基础上，确定风机参与调频的最佳风速范围，通过选择最佳风速范围内和最佳风速范围附近的风机参与调频，能保证用最少的调频风机的数量和最小的弃风率获得较佳的调频效果，从而可以保证可调频风机提供持续的调频支援，大大改善了风机的调频效果。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，包括：步骤1，通过建立描述风电场渗透率、参与调频的风电机组所占比例、风机的频率调节系数和利用率之间关系的数学模型，来建立风电场综合调频数学模型，其中，风电场渗透率为风电场总功率与电网中总负荷功率的比值，参与调频的风电机组所占比例为参与调频的风电机组功率与风电场总功率之比，风机的频率调节系数为风电机组调频出力变化量与电网频率和电网额定功率之间的偏差之比，风机的利用率为参与调频的风电机组实际功率与其最大功率之比；步骤2，确定不同的风电场渗透率下参与调频的风电机组所占最小比例，利用所述参与调频的风电机组所占最小比例来确定参与调频的风机数量m，m为大于1的整数；步骤3，测量风电机组中各个风机所接收到的风速；步骤4，根据该综合调频数学模型，在保证风机利用率和调频能力的基础上确定风机参与调频的最佳风速范围；步骤5，选择风速处于最佳风速范围内的风机参与调频；步骤6，如果选择参与调频的风机的数量小于m，则从风速不高于最佳风速范围内的风速的风机之中，按照风速依次减小的顺序选择风机参与调频；步骤7，如果选择参与调频的风机数量仍小于m，则从风速高于最佳风速范围内的风速的风机之中，按照风速依次增大的顺序选择风机参与调频。根据本专利技术的一个实施例，步骤1可以包括：步骤101，根据风电场参与一次调频的基本原理，建立风电场渗透率、电网频率和电网额定功率之间的偏差、参与调频的风电机组所占比例、负荷功率动态变化量之间关系的数学模型：设风电场总功率Pwt接入后，电网中同步发电机组的功率为PG，电网中总负荷功率为PL，则Pwt+PG＝Pwt+γPGN＝PL(1)式中，PGN为同步发电机组的额定容量，γ＝PG/PGN为同步发电机组的利用率，根据电网的频率一次调整特性，风电参与调频时若系统负荷功率动态变化量为ΔPL，则稳态情况下有：ΔPG+ΔPw-ΔPL＝KTΔf(2)式中，ΔPG和ΔPw分别为同步发电机组的调频出力变化量和风电机组的调频出力变化量，Δf为所述电网频率和电网额定频率之间的偏差，KT为电网的总频率调节系数，进一步得KT＝KG+KL+Kw(3)式中，KG、Kw和KL分别为同步发电机的频率调节系数、所述风机的频率调节系数和负荷的频率调节系数，单位均为MW/Hz，KG为同步发电机组的调频出力变化量ΔPG与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，Kw为风电机组的调频出力变化量ΔPw与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，KL为负荷功率动态变化量ΔPL与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，定义所述风电场渗透率ξ为所述风电场总功率Pwt与所述总负荷功率PL的比值，ξ＝Pwt/PL(4)定义所述参与调频的风电机组所占比例η为参与调频的风电机组功率Pw与所述风电场总功率Pwt之比，即η＝Pw/Pwt(5)根据式(1)-(5)求出以及KG、Kw和KL分别为式中，fN为电网额定频率，σG和σw为同步发电机和风机的调差系数，KL*为负荷的频率调节系数的标幺值，为1.5％，进一步地，求出所述总频率调节系数KT的标幺值和以负荷功率为基值的总调差系数σT为：将式(3)和(7)代入式(8)，并整理得：式中，等号右边第1项表示同步发电机的频率调差作用，第2项表示风电并网且参与调频后对电网频率调差系数的影响，其大小不影响电网中同步发电机的频率调差作用，第3项表示负荷的频率调节系数的标幺值，风电机组的调频出力变化量ΔPw为当系统负荷发生动态变化ΔPL时，若要确保电网频率和电网额定频率之间的偏差的绝对值|Δf|≤0.2Hz，根据式(2)得ΔPw≥KTΔf-ΔPG+ΔPL＝(KT-KG)Δf+ΔPL(11)当同步发电机的频率调节系数KG和系统总频率调节系数KT恒定时，所述负荷功率动态变化量ΔPL将由风电机组的调频出力变化量ΔPw全部承担，设最大负荷动态变化率ε为ε＝ΔPL/PL(12)由式(10)-(11)看出，当所述风电场渗透率ξ一定时，根据所述负荷功率动态变化量ΔPL确定所述参与调频风电机组的最小比例η及相应情况下最大负荷动态变化率ε；步骤102，建立风机的综合调频能力数学模型，参与调频的风电机组功率Pw表达式为式中，ρ是空气密度，S是风轮掠过面积，CP是风能利用率，v是风速，定义风机的利用率β为参与调频的风电机组功率Pw与风电机组最大功率Pwm之比，即β＝Pw/Pwm(14)定义风机的功率储备系数Kp为风电机组的调频出力变化量ΔPw与风电机组最大功率Pwm之比，即式中，Kp取值范围为10％-20％，进一步地，由式(13)-(15)推出由式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，包括：步骤1，通过建立描述风电场渗透率、参与调频的风电机组所占比例、风机的频率调节系数和利用率之间关系的数学模型，来建立风电场综合调频数学模型，其中，所述风电场渗透率为风电场总功率与电网中总负荷功率的比值，所述参与调频的风电机组所占比例为参与调频的风电机组功率与风电场总功率之比，所述风机的频率调节系数为风电机组调频出力变化量与电网频率和电网额定频率之间的偏差之比，风机的所述利用率为参与调频的风电机组功率与风电机组最大功率之比；步骤2，确定不同的风电场渗透率下参与调频的风电机组所占最小比例，利用所述参与调频的风电机组所占最小比例来确定参与调频的风机数量m，m为大于1的整数；步骤3，测量风电机组中各个风机所接收到的风速；步骤4，根据所述综合调频数学模型，在保证风机的所述利用率和调频能力的基础上确定风机参与调频的最佳风速范围；步骤5，选择风速处于所述最佳风速范围内的风机参与调频；步骤6，如果选择参与调频的风机的数量小于m，则从风速不高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次减小的顺序选择风机参与调频；步骤7，如果选择参与调频的风机数量仍小于m，则从风速高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次增大的顺序选择风机参与调频。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，包括：步骤1，通过建立描述风电场渗透率、参与调频的风电机组所占比例、风机的频率调节系数和利用率之间关系的数学模型，来建立风电场综合调频数学模型，其中，所述风电场渗透率为风电场总功率与电网中总负荷功率的比值，所述参与调频的风电机组所占比例为参与调频的风电机组功率与风电场总功率之比，所述风机的频率调节系数为风电机组调频出力变化量与电网频率和电网额定频率之间的偏差之比，风机的所述利用率为参与调频的风电机组功率与风电机组最大功率之比；步骤2，确定不同的风电场渗透率下参与调频的风电机组所占最小比例，利用所述参与调频的风电机组所占最小比例来确定参与调频的风机数量m，m为大于1的整数；步骤3，测量风电机组中各个风机所接收到的风速；步骤4，根据所述综合调频数学模型，在保证风机的所述利用率和调频能力的基础上确定风机参与调频的最佳风速范围；步骤5，选择风速处于所述最佳风速范围内的风机参与调频；步骤6，如果选择参与调频的风机的数量小于m，则从风速不高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次减小的顺序选择风机参与调频；步骤7，如果选择参与调频的风机数量仍小于m，则从风速高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次增大的顺序选择风机参与调频。2.根据权利要求1所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，步骤1包括：步骤101，根据风电场参与一次调频的基本原理，建立所述风电场渗透率、电网频率和电网额定频率之间的偏差、所述参与调频的风电机组所占比例、负荷功率动态变化量之间关系的数学模型：设风电场总功率Pwt接入后，电网中同步发电机组的功率为PG，电网中总负荷功率为PL，则Pwt+PG＝Pwt+γPGN＝PL(1)式中，PGN为同步发电机组的额定容量，γ＝PG/PGN为同步发电机组的利用率，根据电网的频率一次调整特性，风电参与调频时若系统负荷功率动态变化量为ΔPL，则稳态情况下有：ΔPG+ΔPw-ΔPL＝KTΔf(2)式中，ΔPG和ΔPw分别为同步发电机组的调频出力变化量和风电机组的调频出力变化量，Δf为所述电网频率和电网额定频率之间的偏差，KT为电网的总频率调节系数，进一步得KT＝KG+KL+Kw(3)式中，KG、Kw和KL分别为同步发电机的频率调节系数、所述风机的频率调节系数和负荷的频率调节系数，单位均为MW/Hz，KG为同步发电机组的调频出力变化量ΔPG与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，Kw为风电机组的调频出力变化量ΔPw与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，KL为负荷功率动态变化量ΔPL与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，定义所述风电场渗透率ξ为所述风电场总功率Pwt与所述总负荷功率PL的比值，ξ＝Pwt/PL(4)定义所述参与调频的风电机组所占比例η为参与调频的风电机组功率Pw与所述风电场总功率Pwt之比，即η＝Pw/Pwt(5)根据式(1)-(5)求出PGNPL=1-ξγ,PwtPGN=γξ1-ξ---(6)]]>以及KG、Kw和KL分别为KG=ΔPGΔf=PGNfNσGKw=ΔPwΔf=PwfNσw=ξηPLfNσwKL=ΔPLΔf=KL*PLfN---(7)]]>式中，fN为电网额定频率，σG和σw为同步发电机和风机的调差系数，KL*为负荷的频率调节系数的标幺值，为1.5％，进一步地，求出所述总频率调节系数KT的标幺值和以负荷功率为基值的总调差系数σT为：KT*=KTfNPL=1σT---(8)]]>将式(3)和(7)代入式(8)，并整理得：1σT=PGNPLσG+ξησw+KL*---(9)]]>式中，等号右边第1项表示同步发电机的频率调差作用，第2项表示风电并网且参与调频后对电网频率调差系数的影响，其大小不影响电网中同步发电机的频率调差作用，第3项表示负荷的频率调节系数的标幺值，风电机组的调频出力变化量ΔPw为ΔPw=KwΔf=ξηPLfNσwΔf---(10)]]>当系统负荷发生动态变化ΔPL时，若要确保电网频率和电网额定频率之间的偏差的绝对值|Δf|≤0.2Hz，根据式(2)得ΔPw≥KTΔf-ΔPG+ΔPL＝(KT-KG)Δf+ΔPL(11)当同步发电机的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭成，李胜男，李贻博，覃日升，周鑫，许守东，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53