一种考虑延时特性的风电机组调频方法及系统技术方案

本公开属于风力发电技术领域，具体涉及一种考虑延时特性的风电机组调频方法及系统，包括：构建考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型；对所构建的系统频率响应模型进行降阶解析，得到风电机组的系统频率最低点；基于所得到的系统频率最低点，采用下垂控制计算风电机组频率指标；根据所得到的风电机组频率指标，实时调节下垂系数，完成考虑延时特性的风电机组调频。组调频。组调频。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑延时特性的风电机组调频方法及系统


[0001]本公开属于风力发电
，具体涉及一种考虑延时特性的风电机组调频方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着“双碳”环境保护目标的实施，新能源发电受到越来越多的重视。然而，新能源发电通过电力电子设备并网，转子转速与电网频率解耦特性使得其无法像同步机一样自发响应系统频率变化。在新能源渗透率不断提高的背景下，电网的频率安全性将会受到严峻的挑战。
[0004]为了应对新能源渗透率提高导致的电网频率安全性降低的问题，国内外电网运行导则均规定并网运行的风电机组需具有响应电网频率变化的能力，相关文献提出了多种风电机组参与电网调频策略，主要有功率备用和利用转子动能两种模式。相比于功率备用模式，利用转子动能的模式可以使风电机组运行在最大功率点追踪模式(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，经济性更好，因此需要研究利用转子动能的调频模式。
[0005]目前，利用转子动能的风电机组参与电网频率控制策略主要有综合惯性控制、虚拟同步机控制和变锁相环控制。其中，综合惯性控制原理清晰、简单易行，是本文的主要研究对象。综合惯性控制通过附加功率控制环节改变变流器的有功参考值，主要包括虚拟惯量控制和下垂控制；其中，虚拟惯量控制使用频率变化率作为输入信号，旨在模拟同步机的惯量响应；下垂控制使用频率偏差作为输入信号，旨在模拟同步机的下垂控制。
[0006]与同步机零延时的惯量响应不同，风电机组采用虚拟惯量控制参与电网调频时，本质上为快速功率响应，固有测频、通信环节，此过程存在一定延时。为保障频率微分量测的准确性，虚拟惯量控制一般需要5～10个周波的测频时间，兼顾通信延时，其固有延迟时间可达300ms。
[0007]据专利技术人了解，目前对虚拟惯量延时特性的研究较少，延时对系统频率动态的影响机理尚不清晰，为此需要对虚拟惯量延时特性展开建模分析。此外，虚拟惯量存在测频精度需求高、频率微分环节放大量测误差等固有缺陷，相较于下垂控制而言可靠性较差，并且上述缺陷导致虚拟惯量一般具有比下垂控制更长的功率响应延时。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本公开提出了一种考虑延时特性的风电机组调频方法及系统，通过解析求解考虑风电机组虚拟惯量控制延时特性的系统频率响应模型(System Frequency Response，简称SFR)，研究风电调频使用下垂控制替代虚拟惯量控制的可行性。
[0009]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种考虑延时特性的风电机组调频方法，采用如下技术方案：
[0010]一种考虑延时特性的风电机组调频方法，包括：
[0011]构建考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型；
[0012]对所构建的系统频率响应模型进行降阶解析，得到风电机组的系统频率最低点；
[0013]基于所得到的系统频率最低点，采用下垂控制计算风电机组频率指标；
[0014]根据所得到的风电机组频率指标，实时调节下垂系数，完成考虑延时特性的风电机组调频。
[0015]作为进一步的技术限定，当系统频率偏离频率参考值时，通过改进变流器的控制策略进行风电机组参与电网调频的综合惯性控制，将频率变化率和频率偏差信号引入到变流器有功控制环节，在风电机组的功率指令上增加附加功率，所述附加功率的大小与频率变化率和频率偏差成正比，得到综合惯性控制结构，其中，所述附加功率中与频率变化率成正比的部分为虚拟惯量控制，所述附加功率中与频率偏差成正比的部分为下垂控制，即得所述综合惯性控制是虚拟惯量控制和下垂控制的结合，
[0016][0017]其中，ΔP为综合惯量控制，k
d
为虚拟惯量控制系数，k
p
为下垂控制系数，Δf为系统频率偏差。
[0018]作为进一步的技术限定，在风电机组中，考虑风电调频环节，增设风电机组的功率控制环节，在调频期间采用综合惯性控制，得所述构建的考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型，所述系统频率响应模型的传递函数G(s)为
[0019][0020]其中，M为系统的惯性时间常数；D为系统的阻尼系数；R为系统一次调频调差系数；F
H
为系统的汽轮机高压缸做功比例；T
R
为系统的再热时间常数；α为风电渗透率水平；
[0021][0022]系统扰动ΔP
L
为阶跃形式时，系统频率响应表达式Δf
Z
(s)为
[0023]进一步的，采用劳斯近似法(Routh近似法)对所构建的系统频率响应模型进行降
阶，得到降阶后的模型传递函数R(s)为：
[0024][0025]其中，
[0026]降阶模型的系统频率响应表达式为
[0027]所述降阶模型的系统频率响应表达式经拉普拉斯反变换，可得系统频率响应表达式时域形式Δf(t)为：
[0028]其中，
[0029]令系统频率响应表达式时域形式的微分等于零，可得到达频率最低点的时间，即得到风电机组的系统频率最低点。
[0030]作为进一步的技术限定，所述风电机组的系统频率最低点与风电渗透率水平、系统扰动大小、风电机组的下垂控制系数和风电机组的延迟时间相关。
[0031]作为进一步的技术限定，当系统发生扰动后，所述系统频率最低点即为系统频率受扰动后影响程度最大的点；采用下垂控制解析求解参与电网调频时的系统频率最低点的风电机组频率指标，所述风电机组频率指标包括最大频率变化率和稳态频率。
[0032]作为进一步的技术限定，基于与使用综合惯性控制相同的频率最低点和最大频率变化量进行下垂控制系数的设定；风电机组在使用下垂控制参与电网调频的过程中实时调节下垂系数，以完成考虑延时特性的风电机组调频。
[0033]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种考虑延时特性的风电机组调频系统，采用如下技术方案：
[0034]一种考虑延时特性的风电机组调频系统，包括：
[0035]建模模块，其被配置为构建考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型；
[0036]解析模块，其被配置为对所构建的系统频率响应模型进行降阶解析，得到风电机组的系统频率最低点；
[0037]计算模块，其被配置为基于所得到的系统频率最低点，采用下垂控制计算风电机组频率指标；
[0038]调频模块，其被配置为根据所得到的风电机组频率指标，实时调节下垂系数，完成考虑延时特性的风电机组调频。
[0039]根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下
技术方案：
[0040]一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的考虑延时特性的风电机组调频方法中的步骤。
[0041]根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑延时特性的风电机组调频方法，其特征在于，包括：构建考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型；对所构建的系统频率响应模型进行降阶解析，得到风电机组的系统频率最低点；基于所得到的系统频率最低点，采用下垂控制计算风电机组频率指标；根据所得到的风电机组频率指标，实时调节下垂系数，完成考虑延时特性的风电机组调频。2.如权利要求1中所述的一种考虑延时特性的风电机组调频方法，其特征在于，当系统频率偏离频率参考值时，通过改进变流器的控制策略进行风电机组参与电网调频的综合惯性控制，将频率变化率和频率偏差信号引入到变流器有功控制环节，在风电机组的功率指令上增加附加功率，所述附加功率的大小与频率变化率和频率偏差成正比，得到综合惯性控制结构，其中，所述附加功率中与频率变化率成正比的部分为虚拟惯量控制，所述附加功率中与频率偏差成正比的部分为下垂控制，即得所述综合惯性控制是虚拟惯量控制和下垂控制的结合，其中，ΔP为综合惯量控制，k
d
为虚拟惯量控制系数，k
p
为下垂控制系数，Δf为系统频率偏差。3.如权利要求1中所述的一种考虑延时特性的风电机组调频方法，其特征在于，在风电机组中，考虑风电调频环节，增设风电机组的功率控制环节，在调频期间采用综合惯性控制，得所述构建的考虑延时特性的风电机组系统频率响应模型，所述系统频率响应模型的传递函数G(s)为其中，M为系统的惯性时间常数；D为系统的阻尼系数；R为系统一次调频调差系数；F
H
为系统的汽轮机高压缸做功比例；T
R
为系统的再热时间常数；α为风电渗透率水平；
系统扰动ΔP
L
为阶跃形式时，系统频率响应表达式Δf
Z
(s)为4.如权利要求3中所述的一种考虑延时特性的风电机组调频方法，其特征在于，采用劳斯近似法对所构建的系统频率响应模型进行降阶，得到降阶后的模型传递函数R(s)为：其中，降阶模型的系统频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，田宇，丁磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：