一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法及系统，包括：获取当前风电机组的输入风速，以及，根据预先划分的风速区间，识别当前输入风速对应的风速区间；根据当前输入风速对应的风速区间自适应计算当前下垂控制系数；实时检测电网频率偏差信号，判断所述电网频率偏差信号是否超过预设死区频率范围，若是，则根据所述电网频率偏差信号与当前下垂控制系数进行自适应下垂控制；若否，则不进行所述自适应下垂控制。本发明专利技术实施例通过识别风速区间，根据风速区间自适应生成对应的的下垂控制系数，能够在系统发生频率偏差时，根据风机的不同风速运行工况释放合适的旋转动能为系统提供频率支撑。旋转动能为系统提供频率支撑。旋转动能为系统提供频率支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种风电调频控制
，尤其涉及一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电作为一种可再生能源发电技术，已经被广泛运用于电力系统中，然而风电大规模并网往往会对系统的稳定运行造成影响。目前所采用的大部分风机未配置调速器，且其转速与系统频率解耦，故当系统频率发生变化时，风机无法像常规机组那样改变原动机出力参与系统频率调节，也无法通过释放自身的旋转动能来短暂抑制系统频率变化，从而影响系统频率安全。随着风电渗透率的提高，这种影响更加严重。一方面，高风电渗透率下，风电的随机性和波动性使得整个电网的不确定性急剧增加，为了平复这种不确定性，保证系统在扰动后频率仍能稳定，在安全范围内，需要系统具有更多的备用容量；另一方面，一般由常规机组提供的备用容量却因常规机组的比重下降而降低，如果风电渗透率持续上升，系统甚至无法满足最低的备用容量要求，严重情况下甚至造成整个系统的瘫痪。上述问题使得风电预留备用容量、参与一次调频变得尤为关键，风电机组一次调频控制方式的研究将为高风电渗透率下系统的安全经济运行提供保障。
[0003]目前，风机参与系统调频策略多体现在其虚拟惯量控制、下垂控制及虚拟惯量和下垂控制相结合的控制方法，由于虚拟惯量控制采用频率变化率作为控制输入，测量频率变化率存在严重噪音。因此，以频率偏差作为直接控制输入的下垂控制法得到了广泛的研究。现有的风机下垂控制通常采用基于恒增益的下垂控制方法，受到恒定控制参数的限制，风机不能充分利用自身的旋转动能，从而制约了风机为电网提供频率支撑的能力。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法及系统，用于解决现有基于恒增益的下垂控制方法受到恒定控制参数的限制、风机不能充分利用自身的旋转动能的问题。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本专利技术提供一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，包括：
[0005]获取当前风电机组的输入风速，以及，根据预先划分的风速区间，识别当前输入风速对应的风速区间；
[0006]根据当前输入风速对应的风速区间自适应计算当前下垂控制系数；
[0007]实时检测电网频率偏差信号，判断所述电网频率偏差信号是否超过预设死区频率范围值，若是，则根据所述电网频率偏差信号与当前下垂控制系数进行自适应下垂控制；若否，则不进行所述自适应下垂控制。
[0008]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：采用风电机组获取备用功率的方法，根据风电机组运行的切入风速与切出风速预先划分所述风速区间；其中，预先划分的风速区间包括：第一风速区间、第二风速区间、以及第三风速区
间；
[0009]在第一风速区间与所述第三风速区间以风电机组的最大允许转速为参考转速，在第二风速区间，采用超速与变桨距角协调控制法控制所述参考转速。
[0010]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述采用超速与变桨距角协调控制法控制所述参考转速，包括：
[0011][0012]其中，ω
max
为最大允许转速，ω
ref
为参考转速；ω
opt
为最优转速；P
MPPT
为最大功率模式下的捕获功率，d0为风电机组初始减载率，T为桨距角执行机构响应常数；P
g
为风电机组实际捕获功率。
[0013]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述根据当前输入风速对应的风速区间确定当前自适应下垂控制系数，包括：根据当前输入风速对应的风速区间，匹配对应的下垂控制系数自适应计算模型，基于所匹配的下垂控制系数自适应计算模型自适应计算当前下垂控制系数。
[0014]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述第一风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：
[0015][0016][0017][0018][0019]其中，ΔE
k
为频率响应周期内期望获得的理想频率响应，P
del0
为风电机组初始减载输出功率，Δf为实时电网频率偏移量，f
n
为电网额定频率，R
a
为自适应下垂控制系数，P
m
为风力机捕获的机械功率；H为风电机组惯性时间常数，ω
del0
为初始减载转速，ω
opt
为最优转速；ρ为空气密度，R为风轮半径，v
W
为风速值，C
p
为风能捕获系数，λ为叶尖速比，T为频率响应周期，t为时间；ω是频率响应周期内呈递减的ω
r
风轮角速度。
[0020]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述第二风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：
[0021][0022][0023][0024]其中，P
m
为风力机捕获的机械功率，P
del0
为风电机组初始减载输出功率为P
MPPT
为最大功率模式下的捕获功率，T为频率响应周期，t为时间；ΔE
k
为频率响应周期内期望获得的理想频率响应，Δf
b
为设定的允许频率偏移限值，f
n
为电网额定频率，R
a
为自适应下垂控制系数；H为风电机组惯性时间常数，ω
del0
为初始减载转速，ω
opt
为最优转速。
[0025]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述第三风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：
[0026][0027]ΔP
margin
＝d0P
MPPT
[0028]其中，R
a
为自适应下垂控制系数，Δf
b
为设定的允许频率偏移限值，f
n
为电网额定频率，ΔP
margin
为实时可用容量，d0为风电机组初始减载率，P
MPPT
为最大功率模式下的捕获功率，P
N
为额定功率。
[0029]根据一种具体的实施方式，上述基于自适应下垂控制的风电调频控制方法中：所述自适应下垂控制，包括：
[0030]根据所述电网频率偏差信号与所述当前下垂控制系数，计算额外的有功功率增加量；
[0031]将所述额外的有功功率增加量与初始减载有功功率参考值相加得到有功功率参考值；
[0032]将所述有功功率参考值与实际值进行比较，利用PI控制器，根据比较结果获得转子q轴的参考电流值。
[0033]本专利技术的另一方面，提供一种基于自适应下垂控制的风电调频控制系统；其特征在于：包括：
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：包括：获取当前风电机组的输入风速，以及，根据预先划分的风速区间，识别当前输入风速对应的风速区间；根据当前输入风速对应的风速区间自适应计算当前下垂控制系数；实时检测电网频率偏差信号，判断所述电网频率偏差信号是否超过预设死区频率范围，若是，则根据所述电网频率偏差信号与当前下垂控制系数进行自适应下垂控制；若否，则不进行所述自适应下垂控制。2.如权利要求1所述的基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：采用风电机组获取备用功率的方法，根据风电机组运行的切入风速与切出风速预先划分所述风速区间；其中，预先划分的风速区间包括：第一风速区间、第二风速区间、以及第三风速区间；在第一风速区间与所述第三风速区间以风电机组的最大允许转速为参考转速，在第二风速区间，采用超速与变桨距角协调控制法控制所述参考转速。3.如权利要求2所述的基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：所述采用超速与变桨距角协调控制法控制所述参考转速，包括：其中，ω
max
为最大允许转速，ω
ref
为参考转速；ω
opt
为最优转速；P
MPPT
为最大功率模式下的捕获功率，d0为风电机组初始减载率，T为桨距角执行机构响应常数；P
g
为风电机组实际捕获功率。4.如权利要求2所述的基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：所述根据当前输入风速对应的风速区间确定当前自适应下垂控制系数，包括：根据当前输入风速对应的风速区间，匹配对应的下垂控制系数自适应计算模型，基于所匹配的下垂控制系数自适应计算模型自适应计算当前下垂控制系数。5.如权利要求4所述的基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：所述第一风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：一风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：一风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：一风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型，包括：其中，ΔE
k
为频率响应周期内期望获得的理想频率响应，P
del0
为风电机组初始减载输出功率，Δf为实时电网频率偏移量，f
n
为电网额定频率，R
a
为自适应下垂控制系数，P
m
为风力机捕获的机械功率；H为风电机组惯性时间常数，ω
del0
为初始减载转速，ω
opt
为最优转速；ρ
为空气密度，R为风轮半径，v
W
为风速值，C
p
为风能捕获系数，λ为叶尖速比，T为频率响应周期，t为时间。6.如权利要求4所述的基于自适应下垂控制的风电调频控制方法，其特征在于：所述第二风速区间对应的下垂控制系数整定计算模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：何廷一，黄伟，吴水军，曾丕江，吴兴杨，何鑫，张瑀明，马遵，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：