一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法技术

本发明专利技术为一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法，能够根据频率的变化率和频率偏差自动调节下垂系数，让风电机组提供强有力的频率支撑，以减小电网频率动态过程中的偏差，该方法能够在保证风电机组提供频率支撑的前提下，提高风力发电机组的发电效率，提高风电机组主动频率支撑的实用性和经济性。高风电机组主动频率支撑的实用性和经济性。高风电机组主动频率支撑的实用性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定与控制、新能源并网领域，主要涉及一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法。

技术介绍

[0002]在新型电力系统的建设下，风电装机容量在电网的中的占比越来越高，这导致电网的惯性减小、频率调节能力减弱，为了增加电力系统运行的稳定性，要求风电机组能够提供频率主动支撑，其中有功
‑
频率下垂控制是风电机组提供频率主动支撑广泛采用的方法。
[0003]下垂控制的主要优点是设计简单，不需要额外的通信便可实现风电机组主动提供频率支撑。但是其缺点也比较明显，固定下垂系数难以适应多种工况，系数设置太小可能导致不能充分释放风电机组的调频能力，系数设置太大可能导致风电机组因调频而过多偏移最大功率跟踪点(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，导致捕获的风能效率减小，经济性能变差，并且该方法未能考虑电网频率的动态特性，无法跟随系统运行点的变化而做出调整，适应性较差。虽然有相关研究对固定下垂系数进行了改进，如CN113162127 A《一种考虑电网频率偏差的变系数下垂控制的风电调频方法》公开了一种考虑电网频率偏差的变系数下垂控制的风电调频方法，所述方法“根据锁相环计算系统电网瞬时频率；接收风力发电机的转子速度信息；根据计算的电网频率，计算系统频率偏差并取其绝对值；采集风机的转子角速度及最小转角速度和系统频率偏差计算下垂控制系数；根据计算的系统频率偏差和计算的下垂控制系数计算风电机组参与系统调频的有功变化量，将有功变化量输入到转子侧变流器中得到风机的有功功率输出值”，但该方法下垂系数未考虑频率的变化率，在频率扰动初期风电机组提供的频率支撑能力较弱，并且下垂系数与频率偏差的耦合特性为一次函数，自适应性较差，此外，该方法未考虑风电机组提供频率支撑时发电的效率和并网的经济性。因此，如何保证风电机组在提供频率支撑的同时提高风电发电的效率和并网的经济性值得深入研究。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术所存在的上述问题，本申请提供了一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法。
[0005]本申请的技术方案如下：
[0006]一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取风电机组的运行参数，根据运行参数构造风电机组功率跟踪曲线，获得最大功率跟踪有功功率参考值，其中，所述运行参数包括风电机组的额定容量、机端电压、叶片半径、最佳叶尖速比、最大风能利用系数、惯性时间常数、限定风速、额定转速、运行风速和运行转速；
[0008]步骤2：构建风电机组功率
‑
频率下垂控制模型，在风电机组定功率控制中引入功率
‑
频率下垂控制确定考虑风电机组频率支撑后的电磁功率参考值；
[0009]步骤3：构建考虑电网频率动态特性的自适应下垂系数调节模型，其中，所述电网频率动态特性包括频率变化率和频率偏差；
[0010]步骤4：利用所述自适应下垂系数调节模型获得调节后的自适应下垂系数，进而计算得到进行功率
‑
频率下垂控制后新的电磁功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据新的电磁功率参考值控制风电机组调频。
[0011]优选的，所述步骤2中，在风电机组定功率控制中引入功率
‑
频率下垂控制确定考虑风电机组频率支撑后的电磁功率参考值，以公式表达为：
[0012]P
ref
＝
opt
+
△
P
D
；
[0013]式中，P
ref
为风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的电磁功率参考值，P
opt
为最大功率跟踪有功功率参考值，
△
P
D
为风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的附加功率。
[0014]优选的，所述风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的附加功率
△
P
D
的具体数学表达式为：
[0015]△
P
D
＝
‑
D
(f
‑
f
N
)；
[0016]式中，K
D
为常规风电机组的下垂系数，f为电网测量的交流频率，f
N
为电网的额定频率。
[0017]优选的，所述步骤3中，考虑频率变化率调节下垂系数的具体数学表达式为：
[0018][0019]式中，K1为考虑频率变化率进行调节后的下垂系数；K
max
为风电机组提供频率支撑时允许的最大自适应下垂系数，RoCoF为频率变化率，r2为频率变化率平移系数。
[0020]优选的，K
max
的取值范围设置为0
‑
40pu。
[0021]优选的，所述步骤3中，考虑频率偏差调节下垂系数的具体数学表达式为：
[0022][0023]式中，K2为考虑频率偏差进行调节后的下垂系数；
△
f为频率偏差，m1为频率偏差平移系数。
[0024]优选的，所述频率偏差
△
f的具体数学表达式为：
[0025]△
f＝f
‑
f
N
；
[0026]式中，f为测量的交流频率，f
N
为电网的额定频率。
[0027]优选的，步骤3中构建考虑电网频率动态特性的自适应下垂系数调节模型，以公式表达为：
[0028]K
D
′
＝K1+K2；
[0029]0≤K
D
′
≤K
max
；
[0030]式中，K
D
′
为考虑电网频率动态特性进行动态调节后的自适应下垂系数。
[0031]本申请技术方案还包括一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制系统，所述系统包括：
[0032]数据采集模块，用于获取风电机组的运行参数；
[0033]数据处理模块，用于根据风电机组的运行参数构建考虑电网频率动态特性的自适应下垂系数调节模型与风电机组功率
‑
频率下垂控制模型，并分别计算出自适应下垂系数
与功率
‑
频率下垂控制后新的电磁功率参考值；
[0034]控制模块，用于将新的电磁功率参考值加入发电机侧变流器的定功率控制中控制风电机组调频。
[0035]本申请技术方案还包括一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术所述方法任一项所述方法的步骤。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0037]本专利技术提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取风电机组的运行参数，根据运行参数构造风电机组功率跟踪曲线获得最大功率跟踪有功功率参考值，其中，所述运行参数包括风电机组的额定容量、机端电压、叶片半径、最佳叶尖速比、最大风能利用系数、惯性时间常数、限定风速、额定转速、运行风速和运行转速；步骤2：构建风电机组功率
‑
频率下垂控制模型，在风电机组定功率控制中引入功率
‑
频率下垂控制确定考虑风电机组频率支撑后的电磁功率参考值；步骤3：构建考虑电网频率动态特性的自适应下垂系数调节模型，其中，所述电网频率动态特性包括频率变化率和频率偏差；步骤4：利用所述自适应下垂系数调节模型获得调节后的自适应下垂系数，进而计算得到功率
‑
频率下垂控制后新的电磁功率参考值，发电机侧变流器的定功率控制根据新的电磁功率参考值控制风电机组调频。2.根据权利要求1所述的一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，在风电机组定功率控制中引入功率
‑
频率下垂控制确定考虑风电机组频率支撑后的电磁功率参考值，以公式表达为：P
ref
＝P
opt
+
△
P
D
；式中，P
ref
为风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的电磁功率参考值，P
opt
为最大功率跟踪有功功率参考值，
△
P
D
为风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的附加功率。3.根据权利要求2所述的一种考虑频率动态特性的风电机组自适应下垂控制方法，其特征在于，所述风电机组引入功率
‑
频率下垂控制后的附加功率
△
P
D
的具体数学表达式为：
△
P
D
＝
‑
K
D
(f
‑
f
N
)；式中，K
D
为常规风电机组的下垂系数，f为电网测量的交流频率，f
N
为电网的额定...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波波，
申请(专利权)人：华能福建能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：