一种风力发电机组一次调频的减载控制方法技术

本发明专利技术属于风力发电主控系统控制技术领域，公开了一种风力发电机组一次调频的减载控制方法，根据变桨距风力发电机组在不同桨距角和叶尖速比下具有不同的风能捕获效率，综合功率备用控制中超速法和桨距角控制法优缺点的基础上，利用桨距角控制策略,实现风力发电机组一次调频的减载控制，该控制方法包含低风速、中风速和高风速三种功率备用控制策略，控制方法简单可靠，且有利于减轻一次调频减载运行时风力发电机组桨叶频繁调节带来的装置机械磨损问题。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组一次调频的减载控制方法
本专利技术属于风力发电主控系统控制
，具体涉及一种风力发电机组一次调频的减载控制方法。
技术介绍
电力系统供电与用电的不平衡会影响电力系统的稳定运行，造成系统频率波动，电能质量下降。由于风力发电具有间歇性和不确定性的特点，大规模风力发电的接入将导致电力系统常规机组备用容量需求增加，同时现有主流风电机组主要为变速恒频的双馈型风机和直驱型风机，通常以MPPT方式运行，并不能在电网频率下降时像常规机组一样对电网进行持续的有功支持。为降低风电接入对频率质量和电网稳定性的影响，保证电力系统安全可靠的运行，有必要研究风力发电机组的一次调频策略，使得风电机组具备与常规机组类似的调频功能。国内外关于一次调频研究的相关技术及文献众多，主要通过增加储能系统、转子惯性控制以及功率备用控制三种方式，或者以上三种控制方式的组合得以实现。增加储能系统的控制原理主要是当电网出现频率偏移时，用储能装置的充/放电来补偿风力发电机输出功率的波动，使风力发电–储能系统总输出功率较平稳。风机–储能系统可以较好地平滑风机的有功输出和调频等辅助功能，但会导致结构与控制变得复杂、成本高昂，同时还受到安装条件等多种因素的限制。转子惯性控制是通过添加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号，进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出。这种控制方式可以在频率降低时增加短暂的有功出力，但不能维持较长时间，根据能量守恒原理，短暂增加有功出力后，会出现功率跌落导致系统频率的二次下降。功率备用控制的本质是通过风机减载运行实现风机的功率备用，其中，桨距角控制是最常见的风机限功率运行方式，但由于风的不稳定性，常规桨距角调节限功率时会带来桨叶角度的经常调节，进而带来机械装置的磨损，影响机组寿命，因此有文章提出了一种超速法和桨距角法协调控制实现风机一次调频的控制策略，该策略将风速分为低风速、中风速、高风速三个区间：在低风速时，桨叶角度保持在最优桨叶角度，通常为0°，通过提高转速运行点，使风机不工作在最优叶尖速比下，从而实现功率减载备用；在高风速时采用桨距角控制实现功率减载备用；中风速采用超速法和桨距角控制法协同控制。该方案涉及到各风速区间的划分，以及超速法的参考控制转速求取，控制方式比较复杂。例如在现有技术中，如公开号为CN106050564A，公开时间为2016年10月26日，名称为“一种变速风电机组参与一次调频的减载控制方法”的中国专利技术专利文献，公开了一种基于双馈异步风力发电机的风电并网调频方法，包括以下步骤：A、计算风电机组减载水平为d％时所对应的转速；B、根据步骤A计算出的转速对风力机桨距角进行调节，进而调整机械功率，实现了通过调节桨距角实现风电机组精确的减载控制。但是，上述专利是求取一定减载水平下的目标转速，然后再根据目标转速进行桨距角调节，此种调节方式将会带来风机桨叶的频繁调节进而加大装置的机械磨损。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷和不足，本专利技术综合风电机组一次调频的研究现状，根据变桨距双馈感应风力发电机组运行原理，在综合功率备用控制中超速法和桨距角控制法优缺点的基础上，提出了一种控制方式简单化，并且能够减少装置机械磨损的风力发电机组一次调频的减载控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，具体包含以下步骤：一种风力发电机组一次调频的减载控制方法，具体包括以下步骤：a.获取风力发电机组减载比例η％，最大风能捕获系数Cp-max以及风力发电机组CP-λ曲线，根据式1计算风力发电机组减载η％后的风能捕获系数Cp1；Cp1＝Cp-max×(100-η)％(式1)b.根据步骤a中得到的风能捕获系数Cp1，在风力发电机组CP-λ曲线中确定第一目标曲线，此时第一目标曲线中，桨距角为β1，最优叶尖速比为λ1，对应的最优风能捕获系数为Cp1，根据式2计算对应的转矩最优控制系数Kopt1；其中，R为风轮半径，G为齿轮箱速比，ρ为空气密度；c.根据步骤a和步骤b得到临界风速V1；其中，ωmax为风机额定转速，ρ为空气密度，R为风轮半径；d.根据式4计算风力发电机组不减载时，在风机满发起始风速V2下的风能捕获系数CP；其中Pmax为风力发电机组的额定功率，ρ为空气密度，R为风轮半径；e.根据式5计算风力发电机组在满发起始风速V2下减载η％后的风能捕获系数Cp2；Cp2＝Cp×(100-η)％(式5)f.根据步骤e中的风能捕获系数Cp2，在风力发电机组CP-λ曲线中确定第二目标曲线，此时第二目标曲线中，桨距角为β2，最优叶尖速比为λ2，对应的最优风能捕获系数为Cp2；g.将风电场内风速由弱到强划分为三个区间，分别为低风速区间、中风速区间和高风速区间,根据风场当前风速V进行风速区间识别并作出相应反馈。所述步骤g中，低风速区间的判据为：Vwcutin≤V＜V1，Vwcutin为切入风速；所述中风速区间的判据为：V1≤V＜V2；所述高风速区间的判据为：V2≤V＜Vwcutout，Vwcutout为切出风速。所述步骤g中，当前风速V位于低风速区间时，风力发电机组以桨距角β1定桨距减载η％运行；当前风速V位于中风速区间时，采用线性插值的方法在β1～β2之间计算其最小桨距角β3,风力发电机组以桨距角β3在额定转速下减载η％运行；当前风速V位于高风速区间时，风力发电机组在额定转速下减载η％运行，其最小桨距角为β2。本技术方案的有益效果如下：本申请相对于功率备用控制中传统的超速法，本方案控制方式简单可靠；相对于功率备用中传统的变桨距角法，本方案在低风速段采用定桨距的方式进行减载，在中风速段采用平均风速运用线性插值的方法计算机最小桨距角，从而有利于减轻一次调频功率备用时风机桨叶频繁调节的问题，减少了机械装置的磨损。附图说明本专利技术的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：图1是本专利技术的一次调频的减载控制方法的控制流程图；图2是本专利技术的风速区间及桨距角计算说明；图3是本专利技术实施例的低风速区间减载运行效果说明；图4是本专利技术实施例的中风速区间减载运行效果说明；图5是本专利技术实施例的一次调频实施效果说明。具体实施方式本专利技术根据变桨距风力发电机组在不同桨距角和叶尖速比下具有不同的风能捕获效率，利用桨距角控制策略，实现风力发电机组的一次调频的功率备用。该控制方法包含低风速、中风速、高风速三种功率备用控制策略。下面通过一个具体的实施例来进一步说明实现本专利技术目的技术方案，需要说明的是，本专利技术要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。一种风力发电机组一次调频的减载控制方法，具体包括以下步骤：a.获取风力发电机组减载比例η％，最大风能捕获系数Cp-max以及风力发电机组CP-λ曲线，根据式1计算风力发电机组减载η％后的风能捕获系数Cp1；Cp1＝Cp-max×(100-η)％(式1)b.根据步骤a中得到的风能捕获系数Cp1，在风力发电机组CP-λ曲线中确定第一目标曲线，此时第一目标曲线中，桨距角为β1，最优叶尖速比为λ1，对应的最优风能捕获系数为Cp1，根据式2计算对应的转矩最优控制系数Kopt1；其中，R为风轮半径，G为齿轮箱速比，ρ为空气密度；c.根据步骤a和步骤b得到临界风速V1；其中，ωm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组一次调频的减载控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：a.获取风力发电机组减载比例η％，最大风能捕获系数Cp‑max以及风力发电机组CP‑λ曲线，根据式1计算风力发电机组减载η％后的风能捕获系数Cp1；Cp1＝Cp‑max×(100‑η)％   (式1)b.根据步骤a中得到的风能捕获系数Cp1，在风力发电机组CP‑λ曲线中确定第一目标曲线，此时第一目标曲线中，桨距角为β1，最优叶尖速比为λ1，对应的最优风能捕获系数为Cp1，根据式2计算对应的转矩最优控制系数Kopt1；

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组一次调频的减载控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：a.获取风力发电机组减载比例η％，最大风能捕获系数Cp-max以及风力发电机组CP-λ曲线，根据式1计算风力发电机组减载η％后的风能捕获系数Cp1；Cp1＝Cp-max×(100-η)％(式1)b.根据步骤a中得到的风能捕获系数Cp1，在风力发电机组CP-λ曲线中确定第一目标曲线，此时第一目标曲线中，桨距角为β1，最优叶尖速比为λ1，对应的最优风能捕获系数为Cp1，根据式2计算对应的转矩最优控制系数Kopt1；其中，R为风轮半径，G为齿轮箱速比，ρ为空气密度；c.根据步骤a和步骤b得到临界风速V1；其中，ωmax为风机额定转速，ρ为空气密度，R为风轮半径；d.根据式4计算风力发电机组不减载时，在风机满发起始风速V2下的风能捕获系数CP；其中Pmax为风力发电机组的额定功率，ρ为空气密度，R为风轮半径；e.根据式5计算风力发电机组在满发起始风速V2下减载η％后的风能捕获系数Cp2；Cp2＝Cp×(100-η)％(式5)f.根据步骤e中的风能捕获系数C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，陈伟，蒋驰雷，杨柳青，李华银，唐安明，崔倩，
申请(专利权)人：东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51