一种包括储能单元的风电机组调频控制方法技术

本发明专利技术公开了一种包括储能单元的风电机组调频控制方法,通过对电网电压频率进行检测，判断风电机组是否进入调频状态；当判断风电机组进入调频状态时，记录此刻的发电功率P0，并实时计算变流器的调频功率ΔP

【技术实现步骤摘要】
一种包括储能单元的风电机组调频控制方法


[0001]本专利技术涉及并网
，尤其涉及一种包括储能单元的风电机组调频控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源在构建新型电力系统过程中渗透率越来越高，业内对其参与电网调频的呼声也越来越高。调频首先要解决的问题是能量来源问题，目前能量来源主要有两种，一种是风功率备用，一种是增加储能设备。前者虽然可以减小设备成本，但影响了发电量；后者虽然增加了前期设备成本，但不影响发电量，长期来看，后者更具优势。
[0003]风电场站通过增加储能设备参与调频的技术路线主要有两种，一种是风电场配置集中储能设备进行集中调频，另一种是场站内各台风电机组各自配置储能设备进行分布式调频，本专利中，我们将后者称为“风储一体风电机组”。
[0004]根据已发布的标准GB/T 19963
‑
2021看，对风电场参与调频的功率控制精度提出了误差小于1％Pn的要求，且上调能力不低于6％Pn，下调能力不低于10％Pn。目前，现有技术的“风储一体风电机组”是风电机组不响应调频功率需求，完全由储能系统来响应调频功率，如图1及图2所示，现有技术没有将风机的功率调节能力充分调动起来，加重了储能系统的调节压力及容量配置需求，且未兼顾风功率波动的影响，导致风电机组对风功率波动适应性差。本专利技术的控制方法，充分调动了风机的功率调节能力，降低了对储能系统功率配置及容量要求；且同时兼顾了风功率波动的影响，使得风机即使在风功率波动的条件下也能准确控制调频功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：如何设计调频过程中的功率指令分配机制，以充分调动风电机组参与调频，减小风储一体风电机组对储能设备容量配置的需求，并增强适应风功率波动的能力；及在退出调频过程中，通过策略设计尽量让风机功率恢复到调频前功率值，避免储能功率撤销时，入网功率相对调频前有大的变化，对频率产生二次冲击。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种包括储能单元的风电机组调频控制方法，所述风电机组包括变流器、储能单元、风电机组主控系统、变桨控制系统及风电机组叶轮，所述方法应用于变流器执行调频或退出调频；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0007]通过变流器对电网电压频差进行检测，判断风电机组处于调频的何种状态；
[0008]当风电机组处于调频状态时，记录进调频状态时刻的当前发电功率P0，并实时计算风电机组的调频功率指令ΔP
ref
，得到总入网功率指令P
total_ref
；根据叶轮发电功率计算方法得到叶轮功率指令P
wt_ref
，所述风电机组主控系统切换到稳叶轮发电功率运行模式；
[0009]当风电机组处于调频退出中状态时，所述风电机组主控系统保持稳叶轮发电功率运行模式，并令总入网功率指令P
total_ref
＝P0，叶轮功率指令P
wt_ref
＝P0；
[0010]在上述两种状态中，以总入网功率指令P
total_ref
为给定，以实测总入网功率
P
total_meas
为反馈，经PI调节器及储能单元功率限幅环节，得到所述储能单元功率指令P
ess_ref
，储能单元跟踪该指令运行；
[0011]当风电机组处于非调频状态时，叶轮发电功率控制恢复到正常运行模式，储能单元控制也恢复到正常运行模式。
[0012]优选地，所述总入网功率指令P
total_ref
＝P0+ΔP
ref
，所述叶轮发电功率计算方法为：P
wt_ref
＝P
total_ref
‑
k*P
discharge_max
，其中P
discharge_max
为储能系统允许的最大放电功率值，k为取值在0到1之间的预设常数值，或者能够根据电网频率偏差符号或幅值动态变化的数值。
[0013]优选地，所述风电机组主控系统切换到稳叶轮发电功率运行模式,当风速不够导致无法跟踪上所述叶轮功率指令P
wt_ref
时，所述风电机组主控系统进入MPPT模式，在所述PI调节器作用下所述储能单元将尽最大输出能力保证风电机组总入网功率稳定在P
total_ref
附近，所述储能单元功率指令大于k*P
discharge_max
；当风速足够时，主控系统运行在稳叶轮发电功率P
wt_ref
模式，所述储能单元功率指令在k*P
discharge_max
附近，在所述PI调节器作用下，所述储能单元主动抵消主控系统稳叶轮发电功率过程中的波动，确保风电机组总入网功率稳定在P
total_ref
附近。
[0014]优选地，所述储能单元始终工作在储能系统允许的最大放电功率值k*P
discharge_max
附近或大于k*P
discharge_max
的一个放电功率附近，所述储能单元稳态下始终处于放电状态，稳态下将所述储能单元的电池剩余容量与电池额定容量的比值保持在高位，仅预留小部分所述储能单元未充满的容量供短时充电使用。
[0015]优选地，所述“记录进调频状态时刻当前发电功率P
0”为：判断进入调频状态后开始递增计数，当计数值为1时，将当前入网功率值赋给P0，当计数值大于1时，不对P0进行赋值。
[0016]优选地，所述主控系统必须具备由当前控制模式在线切换到稳叶轮发电功率运行模式，及由稳叶轮发电功率运行模式在线切换到正常运行模式的能力。
[0017]优选地，所述生成储能单元功率指令P
ess_ref
的PI调节器为防饱和PI调节器。
[0018]优选地，所述生成储能单元功率指令P
ess_ref
的PI调节器还可以将调频功率ΔP
ref
作为PI调节器输出的前馈，将调频功率ΔP
ref
与PI调节器输出之和作为调节器总输出。
[0019]优选地，所述风电机组处于调频退出中状态的判断方法为：当检测到电网电压频差小于调频死区时，开始计时；计时时间小于预设的延时时间时，为调频退出中；计时时间大于等于预设的延时时间时，进入非调频状态。
[0020]优选地，所述延时时间根据风电机组在风速足够的条件下处于稳叶轮发电功率运行模式时，叶轮发电功率指令阶跃变化功率响应的时长而定，所述延时时间需大于该叶轮发电功率指令阶跃变化功率响应的时长。
[0021]采用上述方法之后，通过变流器对电网电压频差进行检测，判断风电机组处于调频的何种状态；当风电机组处于调频状态时，记录进调频状态时刻的当前发电功率P0，并实时计算风电机组的调频功率指令ΔP
ref
，得到总入网功率指令P
total_ref
；根据叶轮发电功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括储能单元的风电机组调频控制方法，所述风电机组包括变流器、储能单元、风电机组主控系统、变桨控制系统及风电机组叶轮，所述方法应用于变流器执行调频或退出调频；其特征在于，所述方法包括以下步骤：通过变流器对电网电压频差进行检测，判断风电机组处于调频的何种状态；当风电机组处于调频状态时，记录进调频状态时刻的当前发电功率P0，并实时计算风电机组的调频功率指令ΔP
ref
，得到总入网功率指令P
total_ref
；根据叶轮发电功率计算方法得到叶轮功率指令P
wt_ref
，所述风电机组主控系统切换到稳叶轮发电功率运行模式；当风电机组处于调频退出中状态时，所述风电机组主控系统保持稳叶轮发电功率运行模式，并令总入网功率指令P
total_ref
＝P0，叶轮功率指令P
wt_ref
＝P0；在上述两种状态中，以总入网功率指令P
total_ref
为给定，以实测总入网功率P
total_meas
为反馈，经PI调节器及储能单元功率限幅环节，得到所述储能单元功率指令P
ess_ref
，储能单元跟踪该指令运行；当风电机组处于非调频状态时，叶轮发电功率控制恢复到正常运行模式，储能单元控制也恢复到正常运行模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总入网功率指令P
total_ref
＝P0+ΔP
ref
，所述叶轮发电功率计算方法为：P
wt_ref
＝P
total_ref
‑
k*P
discharge_max
，其中P
discharge_max
为储能系统允许的最大放电功率值，k为取值在0到1之间的预设常数值，或者能够根据电网频率偏差符号或幅值动态变化的数值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风电机组主控系统切换到稳叶轮发电功率运行模式,当风速不够导致无法跟踪上所述叶轮功率指令P
wt_ref
时，所述风电机组主控系统进入MPPT模式，在所述PI调节器作用下所述储能单元将尽最大输出能力保证风电机组总入网功率稳定在P
total_ref
附近，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻俊鹏，周党生，
申请(专利权)人：深圳市禾望电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：