用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法及系统，具体为：采集风速，根据不同风速工况，切换到不同的频率响应控制策略，低风速频率响应控制策略：采集系统频差，利用频率下垂调节函数对大幅高频差进行频率响应控制，得到风电机组转速控制指令；中风速频率响应控制策略：采集系统频差，利用频率下垂调节函数对小频差进行频率响应控制，得到风电机组转速控制指令；利用滤波器、模糊控制器对大幅高频差进行频率响应控制；高风速频率响应控制策略：利用滤波器、模糊控制器对大幅高频差进行频率响应控制。本发明专利技术为发电企业节约了大量运维成本的同时又不会因为一次调频量不足产生考核。

【技术实现步骤摘要】
用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法及控制系统
本专利技术属于电力系统
，尤其涉及风电机组快速频率响应控制

技术介绍
大电网内发生的扰动故障会引起系统频率大幅波动以及系统频率时刻发生小幅扰动，现有的风电机组频率响应方法有附加功率(auxiliarypower，AP)控制、虚拟同步机(virtualsynchronousgenerator，VSG)控制和变锁相环(adjustingphaselockedloop，APLL)控制等，由于附加功率控制简单易行，最为常见。它在原有功率控制环的基础上，引入频率偏差及其微分作为反馈信号，分别模拟同步机的惯性响应及一次调频响应，又称比例-微分(proportional-differential，PD)型频率控制。目前研究方案中，风电机组参与频率控制策略一般都是基于定风速工况或者给定的理想风速模型，较少考虑风机实际运行工况。在风机实际运行工况下，不同风速下风机的功率控制特性不同，不同程度上会影响风机自身功率控制器的设计以及频率响应控制参数的变化，均存在一定缺陷，一是很难适应大小风速不同的风机运行工况，二是不能根据系统频差大小进行分别响应，小频差方式大量反复调节对风资源造成浪费同时也增加了风机调节维护成本，大频差时不能进行迅速响应进行提升系统频率恢复能力。综上，为了适应风电机组长期实际运行方式下频率响应控制，亟需一种新型的风电机组频率响应控制器。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术存在的风资源浪费、维护成本高等问题，本专利技术提供了一种用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法及控制系统。技术方案：本专利技术提供一种用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，该方法具体包括如下步骤：步骤1：实时采集风速，若当前采集的风速小于等于X％额定风速，则转步骤2；若当前采集的风速大于X％额定风速，且小于等于额定风速，则转步骤3；若当前采集的风速大于额定风速，则转步骤4；其中30≤X≤40；步骤2：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，利用频差函数对大幅高频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率，所述大幅高频差为大于等于+0.08HZ的频差；步骤3：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若为小频差，则利用频差函数对该小频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率；否则对频差依次进行滤波、模糊控制后，得到当前风机浆矩角调节量，从而通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率；所述小频差为0.033HZ～0.08HZ之间的频差；步骤4：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，对大幅高频差依次进行滤波、模糊控制，从而得到当前风机浆矩角调节量，通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率。进一步的，所述频差函数如下所示：式中，fd为一次调频死区；fN为系统额定频率；PN为额定功率；δ％为风电机组一次调频调差率；P0为有功功率初值，P为机组有功指令，f为系统频率。进一步的，所述步骤3和步骤4中的模糊控制具体包括如下步骤：S1：将频差Δf和频率变化速率dΔf/dΔt作为输入变量，基于隶属度函数，求得Δf和dΔf/dΔt分别对模糊语言的隶属度，所述模糊语言为{NB}，{NM}，{NS}，{NZO}，{PZO}，{PS}，{PM}，{PB}，分别对应表示{负大}、{负中}、{负小}、{负零}、{正零}、{正小}、{正中}、{正大}；S2：基于Δf和dΔf/dΔt分别对模糊语言的隶属度以及预设的模糊规则，进行模糊推理，得到功率变化量ΔPref对于输出模糊语言的隶属度，所述输出模糊语言为{NB}、{NM}、{NS}、{ZO}、{PS}、{PM}、{PB}；S3：对功率变化量ΔPref对于输出模糊语言的隶属进行解模糊计算，得到精确的功率变化值，从而得到精确的风机浆矩角调节量。进一步的，所述隶属度函数采用高斯隶属函数。进一步的，所述S2中的模糊规则如表1所示：表1。进一步的，所述S3中采用最大隶属度法进行解模糊计算。进一步的，所述S1中的隶属度取值范围为[0，1]，Δf的论域范围为[-e，e]；dΔf/dΔt论域为其中e为的积分，ΔPref的论域范围为[p1，p2]，其中p1为向上最大调节量、p2向下最大调节量；p1＝a*B，p2＝a*(90-B)，B为当前风机浆矩角角度，a为调整限幅。用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法的控制系统，包括：风速采集模块、频差计算模块、频率响应切换模块、频率下垂曲线控制器、滤波器、模糊控器、风机转速控制系统、风机浆矩角控制系统；所述风速采集模块实时采集当前风速，并发送至频率响应切换模块；所述频差计算模块计算给定频率与机组当前频率之间的频差，并将该频差发送至频率响应切换模块；频率响应切换模块根据收到的信息，选择不同的响应控制策略：若当前采集的风速小于等于X％额定风速，且频差为大幅高频差时则采用低风速频率响应控制策略；若当前采集的风速大于X％额定风速，且小于等于额定风速，则采用中风速频率响应控制策略；若当前采集的风速大于额定风速，且为大幅高频差时，则采用高风速频率响应控制策略；所述低风速频率响应控制策略为：频率响应切换模块将频差传送至频率下垂曲线控制器，所述频率下垂曲线控制器对频差进行响应控制，从而得到当前风机转子转速的调节量，并将该调解量传送至风机转速控制系统；所述风机转速控制系统根据收到的风机转子转速的调节量调节风机的转子转速；所述中风速频率响应控制策略为：若频差为小频差，则频率响应切换模块将频差传送至频率下垂曲线控制器，所述频率下垂曲线控制器对该频差进行频差响应控制，从而得到当前风机转子转速的调节量，并将该调解量传送至风机转速控制系统，所述风机转速控制系统根据收到的风机转子转速的调节量调节风机的转子转速；否则频率响应切换模块将频差传送至滤波器，所述滤波器对频差进行滤波，并将滤波后的频差发送至模糊控制器，进行模糊处理，从而得到当前风机浆矩角调节量，并将该调节量传送至风机浆矩角控制系统，所述风机转速控制系统根据收到的风机浆矩角调节量调节风机的浆矩角；所述高风速频率响应控制策略：频率响应切换模块将频差传送至滤波器，所述滤波器对频差进行滤波，并将滤波后的频差发送至模糊控制器，进行模糊处理，从而得到当前风机浆矩角调节量，并将该调节量传送至风机浆矩角控制系统；所述风机转速控制系统根据收到的风机浆矩角调节量调节风机的浆矩角。有益效果：本专利技术的风电机组频率响应控制器，既解决了风电机组日常参与调整系统频率小扰动引起的浆距角控制系统频繁调节造成的浆距角磨损问题，又解决了频率大扰动后迅速响应问题，并能够适应不同风速工况，为发电企业节约了大量运维成本的同时又不会因为一次调频量不足产生考核。附图说明图1为本专利技术的系统结构图；图2为采用高风速控制策略时的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n步骤1：实时采集风速，若当前采集的风速小于等于X％额定风速，则转步骤2；若当前采集的风速大于X％额定风速，且小于等于额定风速，则转步骤3；若当前采集的风速大于额定风速，则转步骤4；其中30≤X≤40；/n步骤2：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，利用频差函数对大幅高频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率，所述大幅高频差为大于等于+0.08HZ的频差；/n步骤3：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若为小频差，则利用频差函数对该小频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率；否则对频差依次进行滤波、模糊控制后，得到当前风机浆矩角调节量，从而通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率；所述小频差为0.033HZ～0.08HZ之间的频差；/n步骤4：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，对大幅高频差依次进行滤波、模糊控制，从而得到当前风机浆矩角调节量，通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率。/n...

【技术特征摘要】
1.用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：实时采集风速，若当前采集的风速小于等于X％额定风速，则转步骤2；若当前采集的风速大于X％额定风速，且小于等于额定风速，则转步骤3；若当前采集的风速大于额定风速，则转步骤4；其中30≤X≤40；
步骤2：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，利用频差函数对大幅高频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率，所述大幅高频差为大于等于+0.08HZ的频差；
步骤3：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若为小频差，则利用频差函数对该小频差进行频差响应控制，得到当前风机转子转速的调节量，从而通过控制风机的转速控制风电机组的响应频率；否则对频差依次进行滤波、模糊控制后，得到当前风机浆矩角调节量，从而通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率；所述小频差为0.033HZ～0.08HZ之间的频差；
步骤4：计算给定频率与机组当前频率之间的频差，若该频差为大幅高频差，对大幅高频差依次进行滤波、模糊控制，从而得到当前风机浆矩角调节量，通过调节风机浆矩角控制风电机组的响应频率。


2.根据权利要求1所述的用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，其特征在于，所述频差函数如下所示：



式中，fd为一次调频死区；fN为系统额定频率；PN为额定功率；δ％为风电机组一次调频调差率；P0为有功功率初值，P为机组有功指令，f为系统频率。


3.根据权利要求1所述的用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4中的模糊控制具体包括如下步骤：
S1：将频差Δf和频率变化速率dΔf/dΔt作为输入变量，基于隶属度函数，求得Δf和dΔf/dΔt分别对模糊语言的隶属度，所述模糊语言为{NB}，{NM}，{NS}，{NZO}，{PZO}，{PS}，{PM}，{PB}，分别对应表示{负大}、{负中}、{负小}、{负零}、{正零}、{正小}、{正中}、{正大}；
S2：基于Δf和dΔf/dΔt分别对模糊语言的隶属度以及预设的模糊规则，进行模糊推理，得到功率变化量ΔPref对于输出模糊语言的隶属度，所述输出模糊语言为{NB}、{NM}、{NS}、{ZO}、{PS}、{PM}、{PB}；
S3：对功率变化量ΔPref对于输出模糊语言的隶属进行解模糊计算，得到精确的功率变化值，从而得到精确的风机浆矩角调节量。


4.根据权利要求3所述的用于全工况的风电机组快速频率响应控制方法，其特征在于，所述隶属度函数采用高斯隶属函数。


5.根据权利要求3所述的用于全工况的风电机组快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：任冲，柯贤波，牛拴保，王智伟，霍超，张振宇，王吉利，程林，魏平，卫琳，高玉喜，
申请(专利权)人：国家电网公司西北分部，南京南瑞继保电气有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61