一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及系统，方法包括步骤：S1、获取机组当前转速下的最大输出功率；S2、将机组的外部功率指令与最大输出功率进行比较；若外部功率指令大于最大输出功率，则计算外部功率指令与最大输出功率之间的差值；S3、根据差值得到超载功率常数，再根据超载功率常数和机组当前的状态信息，得到超载功率响应指令；其中超载功率常数小于差值；S4、根据超载功率响应指令对机组进行控制，以降低机组的转速；S5、获取机组当前转速下的最大输出功率，并将此最大输出功率与外部功率指令进行比较；若此最大输出功率大于外部功率指令，则响应外部功率指令。本发明专利技术具有安全的向上功率响应能力等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及系统


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电机组在运行过程中，为了对外部提供更好的频率支撑能力，通常会采用超速减载运行，将部分多余有功功率以动能的形式存储至风轮、叶片以及发电机转子，实现对额外有功功率的储备。但当风力发电机组通过超速减载运行至临界状态时，无论是进一步提升转速以存储更多有功功率、还是提升自身功率输出以响应外部需求，均有可能导致风力发电机组自身稳定性被破坏。即采用超速减载方式进行功率预留和动能储备的风力发电机组，若风力发电机组的动能储备到达了极限值附近，风力发电机组输出功率并不一定是其额定功率值,即使风力发电机组输出功率低于其额定值时，亦有可能达到其动能存储极限附近，此时风力发电机组将无法响应一个低于其额定功率的指令，自身储备的动能也无法被释放。该问题违背了通过有功功率存储获取更好的外部频率支撑能力这一初衷。
[0003]目前国内外针对功率边界相关的问题，如专利文献CN114336665B以最大化惯量储备水平为目的，利用风力发电机组的风轮等机构实现了高水平的动能存储，但并未考虑存储后风力发电机组对高功率进行安全响应的问题；如专利文献CN1155112522A规定了发电机有功
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无功功率极限，并给出了发电机运行至有功
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无功功率极限时的预警措施，但同样并未提及预警之后的机组功率响应特性。
[0004]因此，在目前的风力发电机领域，还需要进一步考虑风力发电机组的有功功率储备、有功功率边界等问题，从而为通过超速减载实现功率预留的风电机组提供更加安全的功率响应方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够在风力发电机组输出功率低于额定值，且达到自身动能存储极限值时，仍然能够安全提升当前功率输出的永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法，包括步骤：S1、获取永磁风力发电机组当前转速下的最大输出功率；S2、将机组的外部功率指令与步骤S1中获得的最大输出功率进行比较；若所述外部功率指令大于最大输出功率，则计算外部功率指令与最大输出功率之间的差值；S3、根据步骤S2中计算得到的差值得到超载功率常数，再根据超载功率常数和机组当前的状态信息，得到超载功率响应指令；其中超载功率常数小于所述差值；S4、根据超载功率响应指令对机组进行控制，以降低机组的转速；S5、获取步骤S4中机组降低后的当前转速，得到当前转速下的最大输出功率，并将
当前转速下的最大输出功率与步骤S2中的外部功率指令进行比较；若当前转速下的最大输出功率小于外部功率指令，则直接响应外部功率指令；若当前转速下的最大输出功率大于外部功率指令，调节风力发电机组的功率指令为外部功率指令并进行响应。
[0007]优选地，在步骤S3中，根据机组当前的状态信息，得到机组当前风功率；再将机组当前风功率与超载功率常数相加之和，作为超载功率响应指令。
[0008]优选地，机组当前的状态信息包括发电机组的风轮半径、当前风速、当前风能利用系数、当前运行转速和输出功率。
[0009]优选地，根据机组当前的状态信息得到机组当前风功率的具体过程为：其中为空气密度，为圆周率。
[0010]优选地，在步骤S2中，若所述外部功率指令小于最大输出功率，则直接响应外部功率指令。
[0011]本专利技术还公开了一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的有功功率安全响应方法的步骤。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术在风力发电机组进行动能存储并达到存储极限附近时，通过调整机组的功率来降低机组的转速，进而释放机组所存储的动能，进而在后续达到更高功率输出，一方面避免了所存储动能的浪费，另一方面也避免了在动能存储极限值附近提升功率输出造成的稳定性问题，从而安全地响应了外部高功率需求。
[0013]本专利技术适用于风电机组处于超速减载运行，并且需要进一步响应外部更高功率指令的情况，能够在风力发电机组输出功率低于额定值，但达到了自身动能存储极限值附近时，仍然能够安全提升当前功率输出，填补了风力发电机组运行相关技术的一部分空白，使得采用惯量储备、超速减载以及有功功率预留等控制方式的风力发电机组具备了更安全的向上功率响应能力。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的有功功率安全响应方法在实施例的流程图。
[0015]图2为本专利技术的功率
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转速曲线图。
[0016]图3为本专利技术的有功功率响应过程原理图。
[0017]图4为本专利技术的有功功率响应仿真验证图；其中(a)为输出功率
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时间曲线图；（b）为转速
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时间曲线图；（c）为直流电压
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时间曲线图；（d）为桨距角
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时间曲线图。
具体实施方式
[0018]如图1所示，本专利技术实施例的永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法，包括步骤：S1、获取永磁风力发电机组当前转速下的最大输出功率；
S2、将机组的外部功率指令与步骤S1中获得的最大输出功率进行比较；若外部功率指令小于最大输出功率，则直接响应外部功率指令；若外部功率指令大于最大输出功率，则计算外部功率指令与最大输出功率之间的差值；S3、根据步骤S2中计算得到的差值得到超载功率常数，再根据超载功率常数和机组当前的状态信息，得到超载功率响应指令；其中超载功率常数小于差值；S4、根据超载功率响应指令对机组进行控制，以降低机组的转速；S5、获取步骤S4中机组降低后的当前转速，得到当前转速下的最大输出功率，并将当前转速下的最大输出功率与步骤S2中的外部功率指令进行比较；若当前转速下的最大输出功率小于外部功率指令，则直接响应外部功率指令；若当前转速下的最大输出功率大于外部功率指令，调节风力发电机组的功率指令为外部功率指令并进行响应。
[0019]在一具体实施例中，在步骤S3中，根据机组当前的状态信息，得到机组当前风功率；再将机组当前风功率与超载功率常数相加之和，作为超载功率响应指令。具体地，机组当前的状态信息包括发电机组的风轮半径、当前风速、当前风能利用系数、当前运行转速和输出功率；根据机组当前的状态信息得到机组当前风功率的具体过程为：，其中为空气密度，为圆周率。
[0020]本专利技术在风力发电机组进行动能存储并达到存储极限附近时，通过调整机组的功率来降低机组的转速，进而释放机组所存储的动能，进而在后续达到更高功率输出，一方面避免了所存储动能的浪费，另一方面也避免了在动能存储极限值附近提升功率输出造成的稳定性问题，从而安全地响应了外部高功率需求。
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取永磁风力发电机组当前转速下的最大输出功率；S2、将机组的外部功率指令与步骤S1中获得的最大输出功率进行比较；若所述外部功率指令大于最大输出功率，则计算外部功率指令与最大输出功率之间的差值；S3、根据步骤S2中计算得到的差值得到超载功率常数，再根据超载功率常数和机组当前的状态信息，得到超载功率响应指令；其中超载功率常数小于所述差值；S4、根据超载功率响应指令对机组进行控制，以降低机组的转速；S5、获取步骤S4中机组降低后的当前转速，得到当前转速下的最大输出功率，并将当前转速下的最大输出功率与步骤S2中的外部功率指令进行比较；若当前转速下的最大输出功率小于外部功率指令，则直接响应外部功率指令；若当前转速下的最大输出功率大于外部功率指令，调节风力发电机组的功率指令为外部功率指令并进行响应。2.根据权利要求1所述的永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法，其特征在于，在步骤S3中，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄国航，魏娟，吕铭晟，黄凌翔，廖武，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：