一种风电场频率安全评估及预警方法技术

本发明专利技术一种风电场频率安全评估及预警方法，包括：1)通过获取风电场公共连接点的实时功率，频率等电气参量；2)通过实时功率，频率计算风电场系统惯量；3)获取机组的实时功率，实时风速，计算机组功率曲线，从而计算机组的实时可发功率，继而计算机组的一次调频容量，最终计算风电场一次调频容量；4)通过风电场一次调频容量，风电场系统惯量，计算风电场一次调频可调频率上、下限值；5)根据一次调频可调频率上、下限值，频率安全阀值参数从而评估风电场一次调频安全裕度，当可调频率上、下限值超出频率安全阀值参数时，发出频率安全预警信号。该预警信号可上传至电网调度主站，对调度决策提供重要的参考，更有助于提高电网系统安全。全。全。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场频率安全评估及预警方法


[0001]本专利技术属风电场电力系统接入
，具体涉及一种风电场频率安全评估及预警方法。

技术介绍

[0002]风电场的电力系统特性对于电网的稳定运行已非常之重要。
[0003]风力发电与常规发电机组不同，采用电力电子变流装置并网，发电系统与电网的解耦控制，但其功率输出与电网状态无关，仅与调度指令有关，缺乏对系统频率的快速响应和主动支撑能力，不具备常规发电机组的一次调频能力。由于风电的波动性和间歇性,发电设备的低抗扰性和弱支撑性，随着风电装机容量的不断增大，电网频率和电压稳定问题突出，安全运行风险加大。
[0004]风电场一次调频可以实现对风电场并网点频率的立即快速调频，一般采用虚拟同步机控制术或者下垂控制技术，实现快速频率响应，一般一次调频功率调节范围是10％pn,pn是风电机组的额定装机容量，下垂控制系数一般也是经验值。一次调频容量能否支撑频率安全，对电网频率起到有效支撑效果，还不能有效确定，所以需要一种能够基于风电场当前运行情况，结合一次调频实时能力，针对风电场频率安全的进行有效评估和预警的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种风电场频率安全评估及预警方法，基于当前风电场实际发电状态，结合电场一次调频容量和能力，针对风电场频率安全的进行有效评估和预警。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]一种风电场频率安全评估及预警方法，包括以下步骤：
[0008]S1、检测风电场公共连接点的实时有功功率和实时频率，并以此计算得到风电场系统惯量；
[0009]S2、获取机组的发电状态、实时功率、实时风速，计算机组的功率曲线，机组可发功率，机组一次调频容量，从而计算风电场一次调频功率容量；
[0010]S3、依据风电场一次调频功率容量，风电场系统惯量，计算风电场可调频率上限、下限；
[0011]S4、通过风电场一次调频可调频率上限、下限，频率安全上限、下限阀值，从而评估风电场一次调频安全裕度，当风电场一次调频可调频率上、下限超出频率安全阀值时触发频率安全预警信号，并将该预警信号上传至电网调度主站。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S1具体包括：
[0013]获取风电场实际有功功率为P，实际频率为f，计算短时有功功率变化量dp＝P
z+1
‑
P
z
,df＝f
z+1
‑
f
z
，P
z
、P
z+1
分别为调频系统第z，z+1个采样点的实际有功功率，f
z
、f
z+1
分别为调频系统第z，z+1个采样点的实际频率，对此功率变化量dp和频率变化率df/dt进行连续采样，dt为控制周期的时间，然后利用最小二乘法求解风电场在公共连接点的等效风电场系
统惯量H。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，等效风电场系统惯量H的传递函数如下：
[0015][0016]式中a
n
，a
n
‑1…
a0，b
n
，b
n
‑1…
b0为常微分系数，S为微分算子。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S2具体包括：
[0018]S21、采样机组i的实际有功功率P(i)，计算第i台机组的功率曲线PC(i)；
[0019]S22、根据机组的功率曲线PC(i)计算机组i在当前风速V(i)的可发有功功率P
avi
(i)；
[0020]S23、读取机组状态S(i)，机组状态分为可控与不可控两种状态，可控机组i的一次调频容量P
pfr
(i)为机组i的可发功率与实际功率的差值，即P
pfr
(i)＝P
avi
(i)
‑
P
act
(i)，风电场一次调频容量P
pfr
，如下：
[0021][0022]式中N为可控机组的数量；
[0023]S24、风电场一次调频容量分别设定10％pn为限值，当P
pfr
>10％pn时，P
pfr
＝10％pn，Pn为风电场额定装机容量。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S21中，功率曲线PC(i)具体计算方法为：风速段从0至切出风速V
out
之间，每0.25m/s间隔取一个风速点，第k个风速点对应的风速值为V
k
＝0.25*k，第i台机组的第k个风速点的功率曲线值其中∑P(i,k)为第i台机组的第k个风速点的采样实际有功功率总和，∑N(i，k)为第i台机组的第k个风速点采样的总点数。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S22中，当前风速V(i)在功率曲线上第n和第n+1个点之间，采用两点[n，PC(i，n)]，[n+1，PC(i，n+1)]直线插补方法得到机组可发有功功率P
avi
(i)。
[0026]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S3具体包括：
[0027]S31、根据当前实时的系统惯量H，一次调频容量P
pfr
，计算风电场一次调频可调节频率增量；
[0028][0029]式中T为风电场一次调频的响应时间；
[0030]S32、计算一次调频可调频率上限f
lmtmax
和一次调频可调频率下限f
lmtmin
；
[0031]其中，f
lmtmax
＝f+
△
f
pfr
，f
lmtmin
＝f
‑△
f
pfr
。
[0032]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤S4具体包括：
[0033]风电场额定频率为f
n
，根据频率安全下限阀值参数F
min
和频率安全上限阀值参数F
max
评估实时频率安全性能；当f<f
n
时，且f
lmtmax
<F
min
，表明风电场存在频率意外跌落时，风
电场一次调频容量不足以向上调整风电场频率到安全频率范围内；当f>f
n
时，且f
lmtmin
>F
max
，表明风电场存在频率意外升高时，风电场一次调频容量不足以向下调整风电场频率到安全频率范围内；这两种情况下发出频率安全预警信息给电网调度主站。
[0034]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0035]1.本专利技术提出了通过风电场并网点实际功率和实际频率计算风电场系统惯量的有效和便捷的方法。2.提出了风电场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场频率安全评估及预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、检测风电场公共连接点的实时有功功率和实时频率，并以此计算得到风电场系统惯量；S2、获取机组的发电状态、实时功率、实时风速，计算机组的功率曲线，机组可发功率，机组一次调频容量，从而计算风电场一次调频功率容量；S3、依据风电场一次调频功率容量，风电场系统惯量，计算风电场可调频率上限、下限；S4、通过风电场一次调频可调频率上限、下限，频率安全上限、下限阀值，从而评估风电场一次调频安全裕度，当风电场一次调频可调频率上、下限超出频率安全阀值时触发频率安全预警信号，并将该预警信号上传至电网调度主站。2.根据权利要求1所述的一种风电场频率安全评估及预警方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：获取风电场实际有功功率为P，实际频率为f，计算短时有功功率变化量dp＝P
z+1
–
P
z
,df＝f
z+1
–
f
z
，P
z
、P
z+1
分别为调频系统第z，z+1个采样点的实际有功功率，f
z
、f
z+1
分别为调频系统第z，z+1个采样点的实际频率，对此功率变化量dp和频率变化率df/dt进行连续采样，dt为控制周期的时间，然后利用最小二乘法求解风电场在公共连接点的等效风电场系统惯量H。3.根据权利要求2所述的一种风电场频率安全评估及预警方法，其特征在于，等效风电场系统惯量H的传递函数如下：式中a
n
，a
n
‑1…
a0，b
n
，b
n
‑1…
b0为常微分系数，S为微分算子。4.根据权利要求3所述的一种风电场频率安全评估及预警方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21、采样机组i的实际有功功率P(i)，计算第i台机组的功率曲线PC(i)；S22、根据机组的功率曲线PC(i)计算机组i在当前风速V(i)的可发有功功率P
avi
(i)；S23、读取机组状态S(i)，机组状态分为可控与不可控两种状态，可控机组i的一次调频容量P
pfr
(i)为机组i的可发功率与实际功率的差值，即P
pfr
(i)＝P
avi
(i)
‑
P
act
(i)，风电场一次调频容量P
pfr
，如下：式中N为可控机组的数量；S24、风电场一次调频容量分别设定10％pn...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆元，张瑞刚，雷航，景玮钰，孟秀俊，蔡春辉，胡辉，陈文渊，王维成，房文伟，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：