基于可变下垂系数风电机组参与电网一次调频的控制方法技术

本发明专利技术属于风力发电技术领域，公开了一种基于可变下垂系数风电机组参与电网一次调频的控制方法，利用风电机组可变下垂控制系数每台DFIG根据当前风速不断优化各自的调差系数，自动决定每台机组的调频出力深度。本发明专利技术给出根据风电场中每台风电机组的当前风速不断优化其调差系数的调频策略，使得风电场内部每台风电机组可以根据当前备用容量自动决定其调频深度；从整个电网调频效果的角度考虑，当风电场中的风电机组根据当前风速采用不同的控制系数，风电场可以更加充分地参与调频。

【技术实现步骤摘要】
基于可变下垂系数风电机组参与电网一次调频的控制方法
本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种基于可变下垂系数风电机组参与电网一次调频的控制方法。
技术介绍
随着能源危机和环境问题日益严峻，风电作为清洁的可再生能源在全球范围内得到了前所未有的关注。在我国风能资源丰富的地区，风电的渗透率已经超过20％，随着风电装机容量的不断增大以及渗透率的不断提高，大规模风电并网对电网的频率安全影响日益显现。2016年3月，国家能源局下达了2016年全国风电开发建设方案的通知，2016年全国风电开发建设总规模将达到3083万千瓦。为保持风电开发建设节奏，促进风电产业持续健康发展，国家能源局加强了对风电的消纳监管。而随着风电的渗透率逐渐增大，有必要使并网的风电协助电网进行频率调整，目前一些风电产业发达的国家已经开始要求风电场具备一定的调频能力，而相关的风电调频技术并未在实际工程中大规模应用，仍然还有很多需要继续完善的技术细节，因此研究合理可行的风电调频策略对我国今后的风电发展具有重要意义。在风电场中，即使是在同一时刻，风电机组的空间分布效应将会使得每台风机接受到不同的风速。在这样一种情况下，每台DFIG的储备容量也会因为风速的不同而不同。DFIG的调频系数将决定机组的调频出力。然而，风电机组的调频能力与其当前风速紧密相关，在低风速段，风电机组的减载备用较少，调频能力有限，若过分利用风电机组减载备用能量和转子动能将容易导致风机失速退出运行；而在高风速的情况下，风电机组的减载备用比较充足，可提供的调频功率多，调频能力较强。因此，在风机参与调频的过程中，设置一个较大的调差系数可以保证风机调频时运行的稳定性，却也会导致其调频出力不够，调频效果不佳。而为了增加减载风机的调频出力，其调差系数必须尽可能低。但是如果风电场中所有的风机均设置同样低的调差系数，电网中出现的频率偏差将会迫使所有的DFIG快速增加其有功输出，如果风电场中所有的机组当前风速同样足够高，则它们都能像期望的那样有足够的储备容量来满足电网的调频需求。然而，如果部分风机的风速不是足够高，一个同样低的调差系数将有可能导致机组调频时的不稳定运行，甚至退出运行，造成更大的有功缺额，使其调频效果适得其反。综上所述，现有技术存在的问题是：目前的风电机组的调频能力存在调频能力有限，导致其调频出力不够，调频效果不佳，造成有功缺额。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于可变下垂系数风电机组参与电网一次调频的控制方法。本专利技术是这样实现的，一种风电机组可变下垂控制系数，所述风电机组可变下垂控制系数为：式中：取Δf0＝0.2Hz，fN为电网额定频率50Hz，PWN为风机的额定功率，ΔPW0为机组减载的储备功率。进一步，DFIG的单位调节功率为：当风电场中的n台风电机组均参与调频时，则风电场的等值单位调节功率为：KWΣ＝ΣKWi(i＝1,2,3...n)；电网中出现频率偏差Δf时，DFIG的调频出力为：基于可变控制系数的风电场调频策略，使风电场中每台DFIG根据当前风速不断优化各自的调差系数，从而自动决定每台机组的调频出力深度，兼顾了DFIG运行的安全性与调频效果；在实际风速条件下，不仅有利于平滑风电场的风电功率波动，而且能够达到更好的调频效果。表a是通过对DFIG运行曲线插值得到的相关运行数据，并通过公式计算得到对应的调差系数RW的值。表a减载风电机组的相关数据图2是对表a中的调差系数进行拟合得到的调差系数随风速变化的RW-v拟合曲线。根据图2可知，1、当风速较低时，调差系数较大，可使得DFIG在低风速段减载备用较少时，参与调频的深度降低，从而保证机组调频的稳定运行；2、随着风速的增加，调差系数的值将逐渐减小，此时DFIG在高风速段减载备用较为充足，可以增大DFIG的调频深度，使调频效果更佳。在实际风电场中，可以根据每一台风电机组的当前风速，通过插值计算每台DFIG在实时风速下的调差系数，基于可变控制系数的风电场调频策略，便可使风电场中每台DFIG根据当前风速在机组运行的安全裕度内决定其调频出力深度的大小。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述风电机组可变下垂控制系数的风电机组调频控制方法，所述风电机组调频控制方法中利用风电机组可变下垂控制系数每台DFIG根据当前风速不断优化各自的调差系数，自动决定每台机组的调频出力深度。本专利技术的另一目的在于提供一种使用所述风电机组可变下垂控制系数的风力发电机。本专利技术给出根据风电场中每台风电机组的当前风速不断优化其调差系数的调频策略，使得风电场内部每台风电机组可以根据当前备用容量自动决定其调频深度；从整个电网调频效果的角度考虑，当风电场中的风电机组根据当前风速采用不同的控制系数，风电场可以更加充分地参与调频。最后仿真结果表明，本专利技术所给出的变系数调频策略，可以合理地分配风电场内部的调频功率，并使风电场中每台风电机组在安全运行裕度内更加充分参与电网调频，在实际风速中还有利于平滑风电场的输出功率波动。图4为电网中的负荷变动图。负荷在70s和80s时均增加10MW，在140s时减少10MW，230s时增加15MW，电网负荷最大出现在230s以后。为更加接近风电场的实际风速情况，仿真中等值的三台风电机组不同，其分别接受到的风速也有较大差异，如图5所示。图6为不同风速下，风电场内各台风电机组的调差系数随风速的变化情况，其中，DFIG调差系数RW随着风速变化波动较大，最后的仿真结果如图7和图8所示。图7为电网中负荷以及风速发生连续变化时的频率变化情况。由图可见：1、当风电场采用定系数参与调频时，在70s和100s电网频率的最大和最小值分别为50.04Hz和49.93Hz；2、当风电场采用变系数参与调频时，对应值分别为50.03Hz和49.95Hz，动态频率偏差绝对值分别减小了0.01Hz和0.02Hz；3、从负荷变化(70s、80s、140s和230s)以及风速变动(40s、100s、160s和200s)可见，当风电场采用本文的变系数策略参与调频时，能够减小电网的动态频率偏差绝对值，更有利于减小频率波动，维持电网频率稳定。图8中显示了风电场中每台DFIG的出力变化情况。结合图6可得，只要风电场中有风速变化，则每一台DFIG的调差系数均可实现实时跟踪，这也是由不同风速下DFIG的备用容量决定的。风电场中不同机组的风速不同，备用容量也不同，则其可承担的调频任务也就不同。以图8(c)为例，40s时风速上升和80s时负荷增加，相较于传统的定系数调频，DFIG可以释放/吸收更多的有功，这有利于减小电网的频率波动。风电对电网的影响主要是由风电功率波动特性引起的。因此，要探究风电参与电网的调频效果，实际的风速波动将不能被忽略。风电场中风速变化率大部分时间内都很小，其值小于0.3m/s的情况达到了99.43％。为了能够更接近风电场实际的运行情况，现令等值风电机组的输入风速如图9所示，设置40s时有阵风扰动，并在80s时加入渐变风干扰，120s时电网中有20MW的负荷阶跃。图10中，当采用变系数调频时，频率波动明显小于定系数的情况，50s时和110s时两种情况下的频率波动值达到了50.04Hz和50.08Hz；当采用传统的定系数调频时，分别为50.08Hz和5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组可变下垂控制系数，其特征在于，所述风电机组可变下垂控制系数为：

【技术特征摘要】
1.一种风电机组可变下垂控制系数，其特征在于，所述风电机组可变下垂控制系数为：式中：取Δf0＝0.2Hz，fN为电网额定频率50Hz，PWN为风机的额定功率，ΔPW0为机组减载的储备功率。2.如权利要求1所述的风电机组可变下垂控制系数，其特征在于，DFIG的单位调节功率为：当风电场中的n台风电机组均参与调频时，则风电场的等值单位调节功率为：KWΣ＝ΣKWi(i＝1,2,3......

【专利技术属性】
技术研发人员：王德林，李颖颖，李振鹏，隗霖捷，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51