一种风电机组参与系统调频方法及系统技术方案

一种风电机组参与系统调频方法及系统，包括：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率。采用风电机组转子动能控制调频和桨距角控制调频协调调节频率，消除了由于转子动能控制调频结束后由于转速下降过度造成的功率下降，提升了风电机组参与系统调频的稳定性与持续性，为电力系统提供快速稳定的有功频率支撑，可在电网频率故障初期快速对电网快速进行频率支撑。

A Frequency Modulation Method and System for Wind Turbine Participation System

A method and system for wind turbine participating in system frequency modulation includes: determining the power regulation condition based on the pre-set frequency modulation curve of the main control system of wind turbine; adjusting the current system frequency by droop control frequency modulation mode coordinated by rotor kinetic energy and backup energy of pitch angle of wind turbine based on the power regulation condition and the frequency value of grid-connected point of wind farm. Until the generator set restores the operation state of limited power generation, the stable system frequency is achieved. Wind turbine rotor kinetic energy is used to control FM and pitch angle to control FM coordinated regulation frequency, eliminating the power decline caused by excessive speed drop after the end of rotor kinetic energy control FM, improving the stability and sustainability of wind turbine participating in system FM, providing a fast and stable active frequency support for power system, which can quickly power in the early stage of grid frequency failure. Frequency support is carried out quickly in the network.

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组参与系统调频方法及系统
本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种风电机组参与系统调频方法与系统。
技术介绍
大容量(MW级)变速恒频风电机组通过快速控制的电力电子变流装置并网，使其转速与电网频率解耦，实现了发电系统与电网的解耦控制，但风电机组有功功率输出与电网频率无关，缺乏对系统频率的快速响应与主动支撑，目前大容量风电机组尚不具备调频能力。随着局部电网中风电穿透率不断升高，电力系统调频能力逐渐下降，在大功率缺失或系统故障情况下，极易诱发全网频率故障，不具备调频能力的风电大规模接入给电力系统的安全稳定运行带来了巨大挑战。为此，世界主要风电发达国家与地区均通过并网导则对风电的调频能力进行了规范，目前我国风电参与系统一次标准尚在制定当中。MW级风电机组风轮巨大、转动惯量大，正常运行情况下的转子动能十分可观；风电高穿透率地区，风电大发时，风电机组往往处于限功率状态，且预留了大量的功率备用。转子动能与桨距角备用能量的合理利用，可以在不增加额外功率备用及运行成本的情况下，使得风电机组具备一定的调频能力，而如何综合利用风电机组转子动能及桨距角备用是研究的关键与难点。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的如何综合利用风电机组转子动能及桨距角备用的难题，本专利技术提供一种风电机组参与系统调频方法与系统。本专利技术提供的技术方案是：一种风电机组参与系统调频方法，包括：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率；所述功率调节条件包括：当前风电机组频率处于可调节频率区间时，根据功率调节量进行系统调频。优选的，所述采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，包括：若风电机组转速下降量超出预设阈值，则判断桨距角控制调频是否启动，若启动，则转子动能控制调频功能退出，通过桨距角控制继续调频；否则，继续使用转子动能控制调频功能进行调频；若风电机组转速下降量未超出预设阈值，判断当前转速是否超出转速保护阈值，若当前转速超出阈值，则转子动能控制调频功能退出；否则，继续进行转子动能控制调频；判断调频时间是否超过预设的调频支撑时间，若超过，则桨距角控制室调频功能退出；否则，继续进行桨距角控制调频。优选的，所述功率调节条件，包括：若当前系统频率在调频死区下限和调频死区上限之间时，不进行调频控制；若当前系统频率在调频死区下限和调频区下限之间时，为第一调频区间，风电机组处于功率富余状态，根据所述当前系统频率确定第一功率调节量；若当前频率在调频死区上限和调频区上限之间时，为第二调频区间，风电机组处于功率缺失状态，根据所述当前系统频率确定第二功率调节量。优选的，所述频率死区为±0.05Hz。优选的，所述根据所述当前系统频率确定第一功率调节量，如下式所示：ΔP1＝P0-k1(f-fd-)*Pn；其中，ΔP1为第一功率调节量；fd-为风电机组调频控制死区频率下限值；P0为目标功率值；k1为下调系数；f为当前系统频率；Pn为风电机组额定功率。优选的，所述根据所述当前系统频率确定第二功率调节量，如下式所示：ΔP2＝P0-k2(f-fd+)*Pn其中，ΔP2为第二功率调节量；fd+为风电机组调频控制死区频率上限值；P0为目标功率值；k2为第二下调系数；f为当前系统频率；Pn为风电机组额定功率。一种MW级风电机组参与系统调频系统，包括：功率调节条件获取模块：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；调频模块：基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率；所述功率调节条件获取模块中获取的功率调节条件包括：当前风电机组频率处于可调节频率区间时，根据功率调节量进行系统调频。优选的，所述调频模块，包括：桨距角控制调频判断子模块：若风电机组转速下降量超出预设阈值，则判断桨距角控制调频是否启动，若启动，则转子动能控制调频功能退出，通过桨距角控制继续调频；否则，继续使用转子动能控制调频功能进行调频；风电机组转速判断子模块：若风电机组转速下降量未超出预设阈值，判断当前转速是否超出转速保护阈值，若当前转速超出阈值，则转子动能控制调频功能退出；否则，继续进行转子动能控制调频；调频时间判断子模块：判断调频时间是否超过预设的调频支撑时间，若超过，则桨距角控制室调频功能退出；否则，继续进行桨距角控制调频。优选的，所述功率调节条件获取模块，包括：调频死区划分子模块：若当前系统频率在调频死区下限和调频死区上限之间时，不进行调频控制；第一调节量确定子模块：若当前系统频率在调频死区下限和调频区下限之间时，为第一调频区间，风电机组处于功率富余状态，根据所述当前系统频率确定第一功率调节量；第二调节量确定子模块：若当前频率在调频死区上限和调频区上限之间时，为第二调频区间，风电机组处于功率缺失状态，根据所述当前系统频率确定第二功率调节量。优选的，所述调频死区划分子模块中频率死区为±0.05Hz。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种风电机组参与系统调频方法及系统，包括：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率；所述功率调节条件包括：当前风电机组频率处于可调节频率区间时，根据功率调节量进行系统调频。采用风电机组转子动能控制调频和桨距角控制调频协调调节频率，消除了由于转子动能控制调频结束后由于转速下降过度造成的功率下降，提升了风电机组参与系统调频的稳定性与持续性，为电力系统提供快速稳定的有功-频率支撑，可在电网频率故障初期快速对电网快速进行频率支撑，可弥补常规水火电机组调频响应速度慢的缺点。附图说明图1为本专利技术的一种MW级风电机组参与系统调频的方法流程图；图2为本专利技术的风电机组调频热性曲线；图3为本专利技术的风电机组转子动能与桨距角协调控制调频框图；图4为本专利技术的风电机组转子动能与桨距角协调控制调频算法流程图；图5为本专利技术的风电机组转子动能控制调频实施试验波形图；图6为本专利技术的风电机组桨距角控制调频实施试验波形图；图7为本专利技术的风电机组转子动能与桨距角协调控制调频实施试验波形图；图8为本专利技术的风电机组转子动能与桨距角协调控制调频实施效果图；图9为现有技术的风电机组转子动能控制调频控制框图；图10为现有技术的双馈风电机组桨距角调频控制框图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合说明书附图和实例对本专利技术的内容做进一步的说明。实施例1：S1:基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件:在电网频率变化超过一定范围，且风电机组有功出力大于20％Pn时，风电机组按照预设的调频曲线自动增加或降低风电机组出力，参与系统调频。风电机组调频特性曲线，如图2所示。(1)当频率在控制死区fd-～fd+范围内时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，包括：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率；所述功率调节条件包括：当前风电机组频率处于可调节频率区间时，根据功率调节量进行系统调频。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，包括：基于预先设置的风电机组主控系统调频曲线，确定功率调节条件；基于所述功率调节条件，以及获取的风电场并网点频率值，采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，直至发电机组恢复限功率发电运行状态，达到稳定的系统频率；所述功率调节条件包括：当前风电机组频率处于可调节频率区间时，根据功率调节量进行系统调频。2.如权利要求1所述的一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，所述采用风电机组转子动能与桨距角备用能量协调控制的下垂控制调频方式调节当前系统频率，包括：若风电机组转速下降量超出预设阈值，则判断桨距角控制调频是否启动，若启动，则转子动能控制调频功能退出，通过桨距角控制继续调频；否则，继续使用转子动能控制调频功能进行调频；若风电机组转速下降量未超出预设阈值，判断当前转速是否超出转速保护阈值，若当前转速超出阈值，则转子动能控制调频功能退出；否则，继续进行转子动能控制调频；判断调频时间是否超过预设的调频支撑时间，若超过，则桨距角控制室调频功能退出；否则，继续进行桨距角控制调频。3.如权利要求1所述的一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，所述功率调节条件，包括：若当前系统频率在调频死区下限和调频死区上限之间时，不进行调频控制；若当前系统频率在调频死区下限和调频区下限之间时，为第一调频区间，风电机组处于功率富余状态，根据所述当前系统频率确定第一功率调节量；若当前频率在调频死区上限和调频区上限之间时，为第二调频区间，风电机组处于功率缺失状态，根据所述当前系统频率确定第二功率调节量。4.如权利要求3所述的一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，所述频率死区为±0.05Hz。5.如权利要求3所述的一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，所述根据所述当前系统频率确定第一功率调节量，如下式所示：ΔP1＝P0-k1(f-fd-)*Pn；其中，ΔP1为第一功率调节量；fd-为风电机组调频控制死区频率下限值；P0为目标功率值；k1为下调系数；f为当前系统频率；Pn为风电机组额定功率。6.如权利要求3所述的一种风电机组参与系统调频方法，其特征在于，所述根据所述当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少林，秦世耀，王瑞明，陈晨，张利，代林旺，孙勇，于雪松，王文卓，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，中电普瑞张北风电研究检测有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11