参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，首先，为电网频率控制定义了一个风电场惯性响应的优化模型。然后，采用头脑风暴算法解决该优化问题以控制风电场的风电机组。本发明专利技术解决了两个目前尚未成熟解决的关键问题，即风电场中的风电机组必须参与电网频率控制过程的功率增量和持续时间，使风电场成功参与电网频率控制并减轻了风电机组逐步惯性控制引起的二次频率下降效应。效应。效应。

【技术实现步骤摘要】
参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法


[0001]本专利技术涉及一种参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法。

技术介绍

[0002]间歇性可再生能源的高渗透率和有限的存储能力降低了系统的惯性，危及电网频率的稳 定性。一个具有大规模非同步发电渗透率和低惯性的电网非常容易受到故障和干扰的影响， 这些故障和干扰可能会导致欠频跳闸、串联故障和停电。
[0003]双馈异步风力发电机组最常见的风电机组类型，在提取功率方面比其他类型的发电机更 有效。双馈异步风力发电机组通常以最大功率点跟踪模式运行。最大功率点跟踪模式的运行 导致了风电机组和电网频率之间的解耦，因此它们不会对频率突变做出反应。
[0004]研究表明，风电机组能够使用惯性控制策略进行频率参与。当电网中出现有功功率不平 衡时，它们可以使用逐步惯性控制参与电网频率控制，在这种情况下，风电场迅速增加其输 出功率并在一段时间内保持超产状态。尽管输电系统运营商已经规定了新的电网规范，但风 电机组参与频率控制的有功功率增量和持续时间还没有得到解决。目前文献中的研究没有明 确解决这些问题。此外，这些研究大多只针对单一的风电机组，而很少有研究考虑风电场的 频率控制。经典控制方法在功率和频率控制方面的性能，受到风电机组和电网高度非线性特 性的限制。相反，可以开发进化计算方法来解决这些完整的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决风电机组的逐步惯性控制的问题，提供了一种参与电网频率控制的大型风 电场智能惯性频率控制方法。r/>[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤1，构建风电场惯性响应的优化模型；
[0009]步骤2，使用头脑风暴算法求解步骤1中的优化模型，得到风电机组逐步惯性控制的终 止时间以及增量；
[0010]步骤3，根据步骤2得到的终止时间以及增量，实现风电场惯性频率控制。
[0011]进一步，所述步骤1中风电场惯性响应的优化模型为：
[0012]目标函数
[0013]约束条件t
off
＞t
n1
[0014]ω
off,i
≥ω
min
[0015]Δf≥max(Δf
min
,
‑
0.5)
[0016]其中ΔP
f
＝[ΔP
f,1
,...,ΔP
f,n
]，t
off
＝[t
off,1
,...,t
off,n
]，n为风电场中的风机数量，ΔP
f,i
为第i台风机的输 出功率的增量，t
off,i
为第i台风机的逐步惯性控制终止时间，ΔP
L
为电网功率不平衡量，ε(t)是 阶跃响函数，h(t)为电网频率响应的时域步长单位函数，
ΔP
off
＝[ΔP
off,1
,...,ΔP
off,n
]，ΔP
off,i
为第i台 风机的输出功率的减量，k
r
＝[k
r,1
,...,k
r,n
]，k
opt
为风机最大功率点 跟踪曲线的系数，P
m,i
为第i台风机的机械输入，c(t)为电网频率响应的时域斜坡单位函数，t
end
为风机恢复额定转子速度工作的时间，t
n1
为第一个频率最低点的时间，ω
off,i
为第i台风机的逐 步惯性控制终止时间的转子速度，ω
min
为风机的最小转子速度，Δf为电网的频率偏差，Δf
min
为 频率偏差的最小值。
[0017]进一步，，，Ω
n
和Ω
r
分 别是电网频率响应系统的无阻尼和有阻尼的自然频率，ζ是电网频率响应系统的阻尼比，D
s
是 阻尼系数，R表示调速器的调节系数，K
m
表示机械功率增益系数，T
R
表示再热时间常数。
[0018]进一步，风电机组参与电网频率控制的逐步惯性控制过程分为四个阶段：
[0019]第一阶段：电网功率不平衡时，风机的输出功率以设定增量增加；
[0020]第二阶段：风机的输出功率大于机械输入时，逐步惯性控制在设定时间终止，转子速度 停止下降，以避免转子失速；
[0021]第三阶段：风机的输出功率以设定减量降低，切换到最大功率点跟踪模式；
[0022]第四阶段：转子速度沿最大功率点跟踪轨迹恢复至额定转速。
[0023]进一步，以风机输出功率变化作为输入，电网的频率响应过程通过输入的拉普拉斯变换 和输出的反拉普拉斯变换得到：
[0024][0025]其中，
[0026]ΔP1＝ΔP
f
‑
ΔP
L
ε(t)
[0027]ΔP2＝
‑
ΔP
off
ε(t
‑
t
off
)
[0028]ΔP3＝ε(t
‑
t
off
)k
r
(t
‑
t
off
)
‑
ε(t
‑
t
end
)k
r
(t
‑
t
end
)
[0029][0030][0031]其中Δf是频率偏差，D是阻尼系数，R表示调速器的调节系数，K
m
表示机械功率增益系数，F
H
是 高压风电机组产生总功率的一部分，P
m
是风电机组机械功率，H
s
是电网频率响应系统惯性常 数，T
R
表示再热时间常数。
[0032]进一步，
[0033]进一步，步骤2中所述头脑风暴算法，具体为：
[0034]1)产生n个个体，用k
‑
means将这n个个体分为m类，对每一类中的个体进行排序， 并选出每一类内最优的个体作为该类的中心个体；其中个体即为潜在的问题的解；
[0035]2)进行个体的更新，其中个体的更新包括如下4种方式：
[0036]a)随机选中一个类，将随机扰动加到聚类中心上产生新个体；
[0037]b)随机选中一个类，从中随机选出一个个体，在该个体上加一个随机扰动产生一个新个 体；
[0038]c)随机选中2个类，将2个聚类中心进行融合后，加上随机扰动产生一个新个体；
[0039]d)随机选中2个类，这2个类中每类中各随机选出一个个体，这两个个体进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，构建风电场惯性响应的优化模型；步骤2，使用头脑风暴算法求解步骤1中的优化模型，得到风电机组逐步惯性控制的终止时间以及增量；步骤3，根据步骤2得到的终止时间以及增量，实现风电场惯性频率控制。2.如权利要求1所述的参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，其特征在于，所述步骤1中风电场惯性响应的优化模型为：目标函数约束条件t
off
＞t
n1
ω
off,i
≥ω
min
Δf≥max(Δf
min
,
‑
0.5)其中ΔP
f
＝[ΔP
f,1
,...,ΔP
f,n
]，t
off
＝[t
off,1
,...,t
off,n
]，n为风电场中的风机数量，ΔP
f,i
为第i台风机的输出功率的增量，t
off,i
为第i台风机的逐步惯性控制终止时间，ΔP
L
为电网功率不平衡量，ε(t)是阶跃响函数，h(t)为电网频率响应的时域步长单位函数，ΔP
off
＝[ΔP
off,1
,...,ΔP
off,n
]，ΔP
off,i
为第i台风机的输出功率的减量，k
r
＝[k
r,1
,...,k
r,n
]，k
opt
为风机最大功率点跟踪曲线的系数，P
m,i
为第i台风机的机械输入，c(t)为电网频率响应的时域斜坡单位函数，t
end
为风机恢复额定转子速度工作的时间，t
n1
为第一个频率最低点的时间，ω
off,i
为第i台风机的逐步惯性控制终止时间的转子速度，ω
min
为风机的最小转子速度，Δf为电网的频率偏差，Δf
min
为频率偏差的最小值。3.如权利要求2所述的参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，其特征在于，征在于，征在于，Ω
n
和Ω
r
分别是电网频率响应系统的无阻尼和有阻尼的自然频率，ζ是系统的阻尼比，D
s
是阻尼系数，R表示调速器的调节系数，K
m
表示机械功率增益系数，T
R
表示再热时间常数。4.如权利要求1所述的参与电网频率控制的大型风电场智能惯性频率控制方法，其特征在于，风电机组参与电网频率控制的逐步惯性控制过程分为四个阶段：第一阶段：电网功率不平衡时，风机的输出功率以设定增量增加；第二阶段：风机的输出功率大于机械输入时，逐步惯性控制在设定时间终止，转子速度停止下降，以避免转子失速；第三阶段：风机的输出功率以设定减量降低，切换到最大功率点跟踪模式；第四阶段：转子速度沿最大功率点跟踪轨迹恢复至额定转速。
5.如权利要求1所述的参与电网频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟欣，张玉刚，于振坤，王晓宁，徐硕，王学平，王传鑫，李丹阳，
申请(专利权)人：北京华能新锐控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：