一种风电机组调频能力检测方法技术

本发明专利技术提供了一种风电机组调频能力检测方法，其包括：在电网和风电机组箱变高压侧之间安装检测装置；调整检测装置的调整参数，使作为检测点的箱变高压侧产生设定要求的频率波动，对风电机组进行空载检测，检测其频率变化是否满足容许误差的要求；风电机组的频率变化满足容许误差的要求时，对风电机组进行负载检测；根据检测参数判断风电机组的调频能力；本发明专利技术提供的方法通过对频率与有功功率之间的关系的量化，用易于测量的有功功率来表征系统频率，实现了对风电机组调频能力的检测与考察，本发明专利技术提供的技术方案包括频率跌落、上升以及连续变化的检测方案，为风电机组调频能力的验证提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组调频能力检测方法
本专利技术涉及新能源设备能力检测，具体涉及一种风电机组调频能力检测方法。
技术介绍
快速发展的风电的电网渗透率越来越高，风电机组多通过快速控制的电力电子变流装置并网，实现了机械功率与系统电磁功率的解耦，转速和电网频率的解耦，变速风电机组失去了对系统频率的快速有效响应，即风电不具备主动电网调频能力，大规模风力发电并网运行加大了电力系统功率实时平衡的难度，减小了电力系统的相对惯量，降低了电力系统频率稳定性，由此导致电力系统频率和电压稳定问题的出现，电网安全运行风险加大。一些国家风电并网导则对风电的调频能力逐步做出了明确规定，部分国家或地区提出了对风电有功-频率控制的要求。例如德国E.ONNetz公司并网导则要求装机容量大于100MW的风电场必须具备参与调频的能力。该导则指出风电场具备参与调频的功率容量应不小于其装机容量的2％；在系统频率偏差大于0.2Hz的情况下，风电场需要在15s时间内启用全部的调频容量并持续至少15min。又如加拿大魁北克水电公司要求装机容量大于10MW的风电场在系统发生频率偏差大于0.5Hz且持续时间小于10s的快速频率变化情况下，提供额定容量5％以上的调频功率持续10s以上，并产生比惯性时间常数为6s的常规发电机组更好的控制效果。此外，英国、丹麦、芬兰、挪威、瑞典也相继提出了对风电机组调频的要求。2011年12月，我国发布GB/T19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》，该规定明确指出：风电场应符合DL/T1040标准，具备参与电力系统调频、调峰和备用的能力；当风电场有功功率在其总额定出力的20％以上时，对于场内有功出力超过额定功率的20％的所有风电机组，应能够实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。因此为了满足风机调频要求，需要提供一种风电机组调频能力检测的技术方案，以实现风机调频能力的可测可证，满足当前乃至将来的大电网运行安全的需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种风电机组调频能力检测方法，包括如下步骤：步骤1：在电网和风电机组箱变高压侧之间安装检测装置；步骤2：以箱变高压侧为检测点，通过调整检测装置的调整参数，在检测点产生要求的频率波动，步骤3：对风电机组进行空载检测，检测其频率变化是否满足误差要求；步骤4：风电机组的频率变化满足误差要求时，对风电机组进行负载检测；步骤5：通过检测参数判断风电机组的调频能力。步骤1所述检测装置包括依次连接的降压变压器、整流装置、逆变器和升压变压器。所述检测装置工作过程为：整流装置将经降压变压器输出的电网电流整流为直流后，经过逆变器输出所需要的电压波形，最后由升压变压器输出至风电机组箱变高压侧；通过调节检测装置逆变侧的调制波指令，得到风电机组调频能力检测所需的电压波形。所述步骤3包括：风电机组空载运行时，在额定电压条件下，对所述检测装置分别进行频率跌落检测、频率上升检测和频率连续变化检测，检测其变化误差是否满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s。所述步骤4，风电机组的频率变化满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s，且风电机组的平均有功功率输出P在以下范围时进行负载测试：大功率输出，0.7Pn≤P≤0.9Pn；小功率输出，0.3Pn≤P≤0.4Pn；其中，Pn为风电机组的额定功率。所述步骤4风电机组负载检测，包括：在额定电压条件下，对所述检测装置分别进行频率跌落检测、频率上升检测和频率连续变化检测。频率跌落检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率跌落到fmin，fmin为任意小于额定频率的值，持续时间一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s；频率上升检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率上升到fmax，fmax为任意大于额定频率的值，持续时间一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s；频率连续变化检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率跌落到fmin，fmin为任意小于额定频率的值，持续一段时间后，将频率调整到fmax，fmax为任意大于额定频率的值，持续一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s。步骤5所述的检测参数包括：有功调频系数Kf、调频启动时间ts、调频响应时间tup、调频调节时间tr和有功输出稳态均值。所述有功调频系数Kf是系统频率波动时风电机组有功功率变化量标幺值与系统频率变化量标幺值的比值，通过下式(1)计算：其中，ΔP：风电机组输出有功功率的变化量，单位为kW；Pn：风电机组的额定功率，单位为kW；Δf：系统频率的变化量，单位为Hz；fn：系统额定频率，单位为Hz；当频率跌落时，ΔP为正，当频率上升时，ΔP为负。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术通过量化频率与有功功率之间的关系，用易于测量的有功功率来表征系统频率，实现了对风电机组调频能力的检测与考察，并提出了频率跌落、上升以及连续变化的完整检测方案，为风电机组调频能力验证奠定基础。附图说明图1为本专利技术提供的检测装置的示意图；图2为调频检测期间风电机组的检测参数；图3为调频检测期间的频率跌落波形及容许误差；图4为调频检测期间的频率升高波形及容许误差；图5为调频检测期间的频率连续变化波形及容许误差；图6为风电机组工频以下的调频曲线；图7为系统频率与机组输出的有功功率；图8为风速与机组输出的有功功率；图9为发电机转速与机组输出的有功功率；图10为桨距角与机组输出的有功功率。附图标记：P0：有功功率初始值；P1：有功功率目标值；t0：频率阶跃起始时间；ts：调频启动时间，即从频率信号加入开始到有功变化至0.1(P1-P0)(p.u.)所需时间；tup：有功响应时间；tr：有功调节时间，fmin：频率跌落值；fmax：频率上升值。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明：本专利技术提供一种风电机组调频能力检测方法，采用图1所示的检测装置产生频率波动，为风力发电机组的调频能力检测提供检测条件。该检测装置主要由变流器型发生装置构成，其基本原理：电网35kV经降压变压器，通过整流装置整流为直流，再经逆变器输出所需要的电压波形，最后由升压变压器连接至风电机组箱变高压侧。通过修改交－直－交双向变流器逆变侧的调制波指令，35kV检测母线就可以得到风电机组调频能力检测所需的电压波形。同时，装置经交－直－交变流技术完全与电网接入点隔离，避免了装置产生的电压扰动对电网的影响。利用图1检测装置在检测点产生要求的频率波动，检测风电机组在系统频率波动时对电网自主调频的能力。检测参数包括：有功调频系数Kf、调频启动时ts、调频响应时间tup、调频调节时间tr、有功输出稳态均值，参数示意图详见附图2。有功调频系数Kf在系统频率波动时，风电机组有功功率变化量标么值(以风电机组额定功率为基准值)与系统频率变化量标么值(以系统额定频率为基准值)的比值。计算方法如公式(1)所示。式中：ΔP——风电机组输出有功功率的变化量，单位：kW；Pn——风电机组的额定功率，单位：kW；Δf——系统频率的变化量，单位：Hz；fn——系统额定频率，单位：Hz。为说明空载检测时检测点的机端频率及对应的机组带载检测时应完成的有功调节情况，根据电网要求的风电机组调频曲线，选取多组“频率-有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电机组调频能力检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在电网和风电机组箱变高压侧之间安装检测装置；步骤2：以箱变高压侧为检测点，通过调整检测装置的调整参数，在检测点产生要求的频率波动，步骤3：对风电机组进行空载检测，检测其频率变化是否满足误差要求；步骤4：风电机组的频率变化满足误差要求时，对风电机组进行负载检测；步骤5：通过检测参数判断风电机组的调频能力。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组调频能力检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在电网和风电机组箱变高压侧之间安装检测装置；步骤2：以箱变高压侧为检测点，通过调整检测装置的调整参数，在检测点产生要求的频率波动，步骤3：对风电机组进行空载检测，检测其频率变化是否满足误差要求；步骤4：风电机组的频率变化满足误差要求时，对风电机组进行负载检测；步骤5：通过检测参数判断风电机组的调频能力。2.根据权利要求1所述的风电机组调频能力检测方法，其特征在于，步骤1所述检测装置包括依次连接的降压变压器、整流装置、逆变器和升压变压器。3.根据权利要求2所述的风电机组调频能力检测方法，其特征在于，所述检测装置工作过程为：整流装置将经降压变压器输出的电网电流整流为直流后，经过逆变器输出所需要的电压波形，最后由升压变压器输出至风电机组箱变高压侧；通过调节检测装置逆变侧的调制波指令，得到风电机组调频能力检测所需的电压波形。4.根据权利要求1所述的风电机组调频能力检测方法，其特征在于，所述步骤3包括：风电机组空载运行时，在额定电压条件下，对所述检测装置分别进行频率跌落检测、频率上升检测和频率连续变化检测，检测其变化误差是否满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s。5.根据权利要求1所述的风电机组调频能力检测方法，其特征在于，所述步骤4，风电机组的频率变化满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s，且风电机组的平均有功功率输出P在以下范围时进行负载测试：大功率输出，0.7Pn≤P≤0.9Pn；小功率输出，0.3Pn≤P≤0.4Pn；其中，Pn为风电机组的额定功率。6.根据权利要求5所述的风电机组调频能力检测方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：代林旺，王瑞明，李少林，孙勇，陈晨，张利，王莹莹，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11