限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，针对风电机组在最大功率点跟踪运行方式恢复到响应电网有功功率调度指令运行方式的过程中，即风电机组的转速恢复阶段，风电功率剧烈波动从而导致出现严重危害电网运行安全的频率尖峰现象，提出了一种负指数功率‑时间运行曲线，通过限制风电机组在转速恢复阶段的功率变化率，实现从最大功率点跟踪运行方式恢复到响应电网有功功率调度指令运行方式的平滑切换。本发明专利技术能够通过合理地限制风电机组转速恢复阶段的功率变化率，有效降低电网出现频率尖峰现象的危害，同时充分考虑风电机组转速恢复的快速性要求，兼顾风电机组的发电效率，避免不必要的功率损失。

【技术实现步骤摘要】
限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法
本专利技术属于风电机组有功功率控制领域，特别是一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法。
技术介绍
随着经济和工业的不断发展，人类对煤炭、石油和天然气等传统化石能源的消耗不断加大。在化石能源供应日益紧缺和全球生态环境日益恶化的双重压力下，清洁能源的需求不断扩大。风能作为一种分布广泛、资源丰富的清洁能源，具有可持续发展的特点，符合人类社会的发展需求，受到越来越多的关注。随着风力发电技术趋向成熟，近年来大规模的风电并入传统电网提供电能，预计到2030年，风力发电将提供全球20％以上的电力供应量。风电自身具有较强的波动性和随机性，会对电网的有功功率平衡造成严重影响。并且风电通过电力电子装置接入电网，对电网的惯性水平几乎没有贡献。因此随着风电的大规模并网，电网运行时的频率稳定性面临严峻考验。目前风电机组参与电网频率调节的方法主要分为两大类，即被动的频率反馈调节方法和主动的有功功率调节方法。被动的频率反馈调节方法主要根据电网的实时频率变化情况，利用风电机组转子动能或功率备用实现对电网频率的支撑，主要通过虚拟惯性控制和减载控制等方法实现。主动的有功功率调节方法是通过减小风电输出功率的波动幅值，降低功率波动对电网频率的影响，主要通过平滑功率等方式实现。现有的风电机组参与电网频率调节技术大多关注于风电波动幅值的抑制，事实上，不仅较大的风电波动量会对电网频率造成扰动，风电的快速波动性也会对电网产生不利影响。这主要是由于风电功率的快速变化和电网中传统机组缓慢的功率调节特性不匹配造成的。例如，当风电机组工作于响应电网有功功率调度(AGC)指令的运行方式下，风速降低会使得风电机组改为以最大功率点跟踪(MPPT)方式运行，直到风速升高，风电机组又会恢复为响应电网AGC指令运行，在两种运行方式的切换过程中，风电机组输出的有功功率变化率过大，使得电网频率出现严重的尖峰现象，危害电网安全稳定运行。因此，有必要限制风电机组在运行方式切换过程中的功率变化率，从而降低风电快速波动对电网频率的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在尽可能减少风电机组功率损失的基础上，限制风电机组由MPPT运行方式向响应电网有功功率调度指令运行方式过渡的转速恢复阶段的功率变化率的方法，从而抑制在风电机组转速恢复阶段出现的电网频率尖峰问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，包括以下步骤：步骤1，判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，若是，则执行步骤5；否则执行步骤2；步骤2，风电机组以最大功率点跟踪方式运行，判断其有功功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，若是，则执行步骤3；否则执行步骤4；步骤3，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于MPPT控制器得出的功率参考值；步骤4，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值与当前控制周期所允许的最大功率变化量之和；步骤5，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于当前电网的有功功率调度指令。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术充分考虑电网中风电机组和同步发电机组出力的快慢动态差异，通过限制风电机组转速恢复阶段的功率变化率，有效抑制电网出现的频率尖峰问题，提高了电网的运行稳定性；2)本专利技术基于负指数功率-时间运行曲线的动态功率变化率限值兼顾了抑制电网的频率尖峰要求和保证风电机组转速恢复效果要求，风电机组在满足电网规定的功率变化率的基础上，不会过度限制功率使得发电效率降低。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法流程图。图2(a)～图2(b)为实施例中对本专利技术有效性验证的仿真结果示意图，其中图2(a)为采用本专利技术限功率方法和传统限功率方法下风电机组的有功功率变化曲线图；图2(b)为电网频率变化曲线图。具体实施方式结合图1，本专利技术提供一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，在尽可能减少风电机组功率损失的基础上，限制风电机组由MPPT运行方式向响应电网有功功率调度指令运行方式过渡的转速恢复阶段的功率变化率，从而抑制在风电机组转速恢复阶段出现的电网频率尖峰问题。该方法包括以下步骤：步骤1，判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，若是，则执行步骤5；否则执行步骤2；步骤2，风电机组以最大功率点跟踪(MPPT)方式运行，判断其有功功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，若是，则执行步骤3；否则执行步骤4；步骤3，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于MPPT控制器得出的功率参考值步骤4，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值PWTG与当前控制周期所允许的最大功率变化量ΔPmax之和；步骤5，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于当前电网的有功功率调度指令进一步地，步骤1所述判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，具体方式为：比较当前控制周期风电机组MPPT控制器得出的功率参考值和电网的有功功率调度指令的大小，如果则风电机组在当前控制周期不可以继续响应电网的有功功率调度指令。进一步地，步骤2所述判断风电机组的功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，具体方式为：风电机组在转速恢复阶段的有功出力的变化速率应该以如下式所示专利技术的负指数功率-时间运行曲线的变化速率为上界，其中，P0为风电机组的有功功率初始值，α为负指数功率-时间运行曲线的特征参数。由上式可得风电机组在转速恢复阶段的有功出力的变化速率上界，即允许的最大功率变化率为：将风电机组允许的最大功率变化率转换为单位时间Δt内有功功率的变化量，单位时间Δt取风电机组主控系统的控制周期，则当前控制周期所允许的最大功率变化量ΔPmax(k)如下所示：其中，k表示当前控制周期的参考值或采样值，k-1表示上一控制周期的参考值或采样值。同理，风电机组实际有功出力的变化速率可表示为当前控制周期MPPT控制器得出的功率参考值与上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值PWTG之差，即在每一控制周期比较和ΔPmax(k)的数值大小。进一步地，步骤3所述风电机组变流器的有功功率控制参考值等于MPPT控制器得出的功率参考值具体方式如下所示：进一步地，步骤4所述风电机组变流器的有功功率控制参考值等于上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值PWTG与当前控制周期所允许的最大功率变化量ΔPmax之和，具体方式如下所示：进一步地，步骤5所述风电机组变流器的有功功率控制参考值等于当前电网的有功功率调度指令具体方式如下所示：为了使本申请的目的、技术方案及优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，若是，则执行步骤5；否则执行步骤2；/n步骤2，风电机组以最大功率点跟踪方式运行，判断其有功功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，若是，则执行步骤3；否则执行步骤4；/n步骤3，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于MPPT控制器得出的功率参考值；/n步骤4，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值与当前控制周期所允许的最大功率变化量之和；/n步骤5，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于当前电网的有功功率调度指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，若是，则执行步骤5；否则执行步骤2；
步骤2，风电机组以最大功率点跟踪方式运行，判断其有功功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，若是，则执行步骤3；否则执行步骤4；
步骤3，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于MPPT控制器得出的功率参考值；
步骤4，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于上一控制周期风电机组实际发出的有功功率值与当前控制周期所允许的最大功率变化量之和；
步骤5，风电机组变流器的有功功率控制参考值等于当前电网的有功功率调度指令。


2.根据权利要求1所述的限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，其特征在于，步骤1所述判断风电机组在当前控制周期是否可以继续响应电网的有功功率调度指令，具体方式为：
比较当前控制周期风电机组MPPT控制器得出的功率参考值和电网的有功功率调度指令的大小，如果则风电机组在当前控制周期不可以继续响应电网的有功功率调度指令。


3.根据权利要求2所述的限制转速恢复阶段功率变化率的风电机组限功率控制方法，其特征在于，步骤2所述判断风电机组的功率变化率是否小于等于允许的最大功率变化率，具体方式为：
风电机组在转速恢复阶段的有功出力的变化速率以如下式所示的负指数功率-时间运行曲线的变化速率为上界：



式中，P0为风电机组的有功功率初始值，α为负指数功率-时间运行曲线的特征参数；
由上式可得风电机组在转速恢复阶段的有功出力的变化速率上界，即允许的最大功率变化率为：



将风电机组允许...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷明慧，王静波，陈思瑾，张刘冬，汪成根，吉大鹏，孙蓉，李强，夏士兵，刘建坤，朱冉，陈载宇，卜京，邹云，谢云云，
申请(专利权)人：南京理工大学，国网江苏省电力有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，上海远景科创智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32