一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法技术

本发明专利技术涉及一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，其包括：在电力系统主控制回路中增加第一控制回路，所述第一控制回路基于第一信号，在频率发生偏差时，控制功率输出为风机调节所需的功率，以提供临时频率支持；在电力系统主控回路中增加第二控制回路，所述第二控制回路基于第二信号，在临时频率支持完成后，控制转子实际转速追踪转子转速参考值，以恢复双馈风力发电机转子速度。本发明专利技术能够改善双馈风力发电机组的临时频率支持，使双馈风力发电机组的转子速度恢复到最佳运行速度。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法
本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法。
技术介绍
随着风电机组的并网容量不断增加，风力发电已逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分。变速风力发电机(WTGS)，如双馈感应发电机(DFIG)，广泛应用于风电场。双馈风力发电机采用电力电子变换器对系统的机械功率和电磁功率进行解耦，因此转子转速和系统频率并不同步。与传统的发电机组相比，电力系统惯性将变低，频率支持不足。因此，DFIG将不能快速有效地对电网频率变化作出响应。影响电力系统频率调节的主要原因有两个。首先，减少整个系统的惯性异步功率变换；第二，频率管制的参与不足。这两个原因都是由于双馈风力发电机的电子控制结构。现有基于DFIG的风电场一次调频技术，主要集中在两种控制模式上：第一种类型是功率储备控制(PRC)模式。与传统的同步发电机不同，DFIG在MPPT控制下的有功功率输出已经达到最大值，因此DFIG不能在频率故障期间提供持续和稳定的附加有功功率支持。针对这一问题，现有一些技术提出了通过控制俯仰角或调整功率速度最优曲线来保留部分有功功率的DFIG的功率储备控制。然而，这一策略并不经济实用。另一种控制模式是动能控制(KEC)。类似于传统的发电机，DFIG具有相当数量的动能储存在它们的叶片的旋转质量中。因此，正确控制汽轮机中储存的惯性能量来支持电网频率具有重要意义。当电网频率偏差发生时，不可能增加双馈发电机原动机的有效输出。因此，风力机组通常调整转子转速以释放或吸收转子部件动能。通过在DFIG转子侧增加一定的控制回路，将转子部分动能转换为电磁功率参与系统频率控制。然而，转子的自然恢复需要较长的周期，如果在此期间发生另一频率故障，则不利于频率支持。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于惯性支持下的双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，充分利用DFIG中存储的惯性能量参与电力系统的一次调频，对经典惯性控制方式进行优化，以实现双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制。本专利技术提供了一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，包括：在电力系统主控制回路中增加第一控制回路，所述第一控制回路基于第一信号，在频率发生偏差时，控制功率输出为风机调节所需的功率，以提供临时频率支持；在电力系统主控回路中增加第二控制回路，所述第二控制回路基于第二信号，在临时频率支持完成后，控制转子实际转速追踪转子转速参考值，以恢复双馈风力发电机转子速度。进一步地，所述第一信号为：式中，Δf＝fsys-fref；K1为频率偏差导数系数；K2为频率偏差系数；fsys为系统频率；当无频率变化，即Δf＝0时，所述第一信号处于非工作状态，当频率发生变化时，即Δf≠0时，所述第一信号处于工作状态。进一步地，该方法还包括通过低通滤波器阻止稳态信号的输入，使所述第一信号仅对动态变化的频率进行响应。进一步地，所述第二信号为：ΔPω＝Kp(ωm-ωref)+Ki∫(ωm-ωref)dt；式中，所述ωref为转子转速参考值；ωm为转子实际转速；Kp为比例增益；Ki为积分增益。进一步地，在第二控制回路处于非工作状态时，所述第二信号经过设定的延迟时间后触发。借由上述方案，通过双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，能够改善DFIG的临时频率支持，使DFIG的转子速度恢复到最佳运行速度。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术一应用实施例的控制结构示意图；图2为本专利技术一应用实施例的频率调节控制结构示意图；图3为本专利技术一应用实施例的转速恢复控制结构示意图；图4为本专利技术触发信号示意图；图5为仿真系统示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本实施例提供了一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，包括：在电力系统主控制回路中增加第一控制回路，所述第一控制回路基于第一信号，在频率发生偏差时，控制功率输出为风机调节所需的功率，以提供临时频率支持；在电力系统主控回路中增加第二控制回路(转子速度恢复控制回路)，所述第二控制回路基于第二信号，在临时频率支持完成后，控制转子实际转速追踪转子转速参考值，以恢复双馈风力发电机转子速度。在本实施例中，所述第一信号为：式中，Δf＝fsys-fref；K1为频率偏差导数系数；K2为频率偏差系数；fsys为系统频率；当无频率变化，即Δf＝0时，所述第一信号处于非工作状态，当频率发生变化时，即Δf≠0时，所述第一信号处于工作状态。在本实施例中，该方法还包括通过高通滤波器阻止稳态信号的输入，使所述第一信号仅对动态变化的频率进行响应。在本实施例中，所述第二信号为：ΔPω＝Kp(ωm-ωref)+Ki∫(ωm-ωref)dt；式中，所述ωref为转子转速参考值；ωm为转子实际转速；Kp为比例增益；Ki为积分增益。在本实施例中，在第二控制回路处于非工作状态时，所述第二信号经过设定的延迟时间后触发。本实施例提供的优化控制方法是一种利用存储在双馈感应发电机(DFIG)转子叶片中的巨大惯性能量支持电网一次调频的控制优化策略。通过增加额外的控制回路充分利用其转子惯性使双馈风力发电机组对电网频率偏差做出响应。频率支持的有功功率来源于储存在双馈发电机中的动能，即通过改变转子转速来实现动能。因此，在主控制回路中进一步增加另一个控制回路，以帮助在临时频率支持完成后恢复DFIG的转子速度。同时，需要正确选择控制参数，以免将电网频率偏差增大。此外，风力机接入电力系统的容量也影响频率响应，一般来说，接入容量越大，电网的频率支持改善越多。但是，如果风力机容量不断增加，甚至产生频率振荡，则所提出的控制将对频率变化非常敏感。下面对本专利技术作进一步详细说明。根据式中：J——发电机转动惯量；ωω——转子转速。当电网频率发生变化，功率的变化量为：发电机的转动动能提供持续的有功出力：式中：ωn——转子额定转速；S——视在功率。结合公式(2)和(3)可得：由于P＝ωT,转矩的标幺值为：从上述式中得出，频率偏差是由发电机转子转速的变化决定的，而在动态系统运行过程中，转子转速的变化可被惯性响应所限制。当转子转速从ω0变为ω1，动能的释放或吸收量为：如果风机的转速从0.8变到1.2(标幺值)，从式(6)得出，转子可提供的最大的动能大约为56％。然而传统的同步发电机转速的变化往往只有0.95到1.00(标幺值)，所能提供的最大动能仅为9.75％。因此，如果风力涡轮机在电网中的比例相对较大，那么这部分惯性对整个系统的贡献就不能忽略。系统的功率平衡方程为：PGen-PLoad＝Pd(7)式中：Pd——调频所需要的功率差值。综上所述，通过在DFIG的功率基准输出中增加与系统频率相关的功率输出值，使得输出可以在短时间内调节，并补偿频率偏差。现有技术通过采集调频所需的功率差值，加入下垂控制，通过控制风机的转子叶片吸收或释放相应动能，对电网的频率调节给予短时的频率支持。本专利技术对双馈风力发电机组参与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，其特征在于，包括：在电力系统主控制回路中增加第一控制回路，所述第一控制回路基于第一信号，在频率发生偏差时，控制功率输出为风机调节所需的功率，以提供临时频率支持；在电力系统主控回路中增加第二控制回路，所述第二控制回路基于第二信号，在临时频率支持完成后，控制转子实际转速追踪转子转速参考值，以恢复双馈风力发电机转子速度。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，其特征在于，包括：在电力系统主控制回路中增加第一控制回路，所述第一控制回路基于第一信号，在频率发生偏差时，控制功率输出为风机调节所需的功率，以提供临时频率支持；在电力系统主控回路中增加第二控制回路，所述第二控制回路基于第二信号，在临时频率支持完成后，控制转子实际转速追踪转子转速参考值，以恢复双馈风力发电机转子速度。2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组参与电网一次调频的优化控制方法，其特征在于，所述第一信号为：式中，Δf＝fsys-fref；K1为频率偏差导数系数；K2为频率偏差系数；fsys为系统频率；当无频率变化，即Δf＝0时，所述第一信号处于非工作状态，当频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，李鹏，赵梓邑，乔福喜，任智刚，李博一，李冠赢，柯唯阳，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11