基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，该方法包括以下步骤：I、提供变速风电机组减载运行方案；II、确定所述变速风电机组按所述减载运行方案运行；III、判断变速风电机组是否参与系统调频；IV、激活一次调频控制模块，使变速风电机组参与系统一次调频。该方法在留取有功备用容量时充分考虑了风机动能的变化，且有效利用风机本身的出力能力，在系统出现功率缺额造成系统频率下降时，可以提供持续的有功功率支撑，有助于提高电力系统频率稳定性。
【专利说明】基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新能源发电技术中的风电机组并网【技术领域】的方法，具体讲涉及一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法。
【背景技术】
[0002]随着越来越多的大容量风电场直接并入电网，风电渗透率不断提高，使得风电与电网的相互影响越来越复杂。变速风电机组作为现如今商业化运行的主力机型，采用变频器控制技术使风机转子转速与系统频率解耦，降低了系统的等效转动惯量，风电渗透率越高对系统频率稳定性越不利。为了获得最大的风能利用率，双馈风电机组通常运行在最大功率跟踪控制状态，无法为系统提供备用容量，更增加了系统的调频压力。
[0003]风电的频率控制要求已逐渐被关注，如丹麦要求风电机组每分钟有功功率应能变化额定容量的10?100%，据魁北克水利局电网机构规定，风电场容量大于IOMW时，风电机组必须有频率控制系统帮助电力系统减少幅值较大的(>0.5Hz )、持续时间较短的(〈IOs)频率偏差。围绕着大规模风电并网的频率稳定性问题，国内外学术界对此开展了大量的研究工作。其研究主要集中在两个方面，一是利用风电机组自身的旋转动能参与系统调频，风电机组基于最大功率跟踪控制运行时，自身的惯量并没有降低，可通过附加频率控制环节表现出其惯量的作用；二是采用有功功率备用的技术，正常时风电机组减载运行，留有一定的备用容量，当系统频率发生波动需要风电机组参与系统调频时，可通过释放有功备用容量为电力系统提供持续的有功功率支撑。在风电完全消纳困难或风电渗透率很高时，风电机组有备用运行具有明显的优势:无需增加任何投资成本就可为系统留有备用容量，在系统频率波动时风电机组的功率控制速度非常快，在系统频率降低时可以为系统提供持续的有功功率支撑。
[0004]双馈风电机组参与系统调频的研究具有极大的价值。如虚拟惯量控制技术通过在风电机组主控中附加有功频率控制模块，利用风电机组储存在旋转质量中的动能参与系统调频，此方法的好处是原理清晰控制实现简单，弊端是低风速时转子转速较低调频能力有限，且频率控制过程中转速下降造成风功率捕获能力下降。如通过超速运行控制、变桨控制或通过基于变风速的超速与变桨协调控制方案留有有功备用参与系统调频，超速法通过控制转子转速降低风电机组有功出力，储存有功备用；变桨法通过调节桨距角改变风电机组有功出力，储存有功备用。超速法在转子转速较低时更有优势，目前多采用优先超速法，变桨法作为补充的方案留取有功备用。目前，变速风电机组参与系统调频的研究主要集中在如何实现调频功能，缺少深入的理论分析与优化研究。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于超速与变桨协调控制减载方案的变速风电机组一次调频方法，该方法在留取有功备用容量时充分考虑了风机动能的变化，且有效利用风机本身的出力能力，在系统出现功率缺额造成系统频率下降时，可以提供持续的有功功率支撑，有助于提高电力系统频率稳定性。
[0006]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0007]—种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0008]1、提供变速风电机组减载运行方案；
[0009]I1、确定所述变速风电机组按所述减载运行方案运行；
[0010]II1、判断变速风电机组是否参与系统调频；
[0011]IV、激活一次调频控制模块，使变速风电机组参与系统一次调频。
[0012]进一步的，所述步骤I包括:
[0013]在中、低风速区采用超速与变桨协调的方案实现机组的减载运行，最大程度的提高风电机组的转速，实现备用运行的同时尽可能增加正常运行时的动能，使风机参与系统调频；
[0014]在高风速区采用变桨法实现风机的减载运行，保证变速风电机组实现等比例容量的有功功率备用，并可利用风机的短时超额定出力能力。
[0015]进一步的，所述步骤II中，变速风电机组按照预先设计的减载运行方案运行，保证变速风电机组正常运行时留有要求的有功备用容量。
[0016]进一步的，所述在中、低风速区采用超速与变桨协调的方法留取有功功率备用，超速与变桨协调的方法满足如 下的关系:
[0017]留取备用容量时的目标函数如下式(I):
[0018]max (ω) (I)
[0019]满足等式约束条件如式(2)和不等式约束条件如式(3):
[0020]
【权利要求】
1.一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: I.提供变速风电机组减载运行方案； I1、确定所述变速风电机组按所述减载运行方案运行； II1、判断变速风电机组是否参与系统调频； IV、激活一次调频控制模块，使变速风电机组参与系统一次调频。
2.如权利要求1所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述步骤I包括: 在中、低风速区采用超速与变桨协调的方案实现机组的减载运行，最大程度的提高风电机组的转速，实现备用运行的同时尽可能增加正常运行时的动能，使风机参与系统调频； 在高风速区采用变桨法实现风机的减载运行，保证变速风电机组实现等比例容量的有功功率备用，并可利用风机的短时超额定出力能力。
3.如权利要求1所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述步骤II中，变速风电机组按照预先设计的减载运行方案运行，保证变速风电机组正常运行时留有要求的有功备用容量。
4.如权利要求2所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述在中、低风速区采用超速与变桨协调的方法留取有功功率备用，超速与变桨协调的方法满足如下的关系: 留取备用容量时的目标函数如下式(I): max(ω) (I) 满足等式约束条件如式(2)和不等式约束条件如式(3):
5.如权利要求2所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述在高风速区采用变桨法留取有功功率备用，变桨法满足如下的关系。 满足等式约束条件如式(4)和不等式约束条件如式(5):
6.如权利要求1所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述步骤III包括:判断系统频率变化是否小于等于0.2HZ，若是则系统频率正常，风电机组按所述减载运行方案运行，不参与系统调频；否则风电机组参与系统调频，进入步骤IV。
7.如权利要求1所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:所述步骤IV包括:系统频率不正常较低时，中风速区和低风速区时，采用更改运行曲线的方法实现转子转速的控制，同时更改功率桨距角对应关系进行一次调频控制； 高风速区时，采用附加有功快速给定控制和桨距角控制实现变速风电机组进行一次调频控制。
8.如权利要求7所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:在所述中风速与低风速区是，采用更改运行曲线的方法实现转子转速的控制如下式(6):
9.如权利要求7所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:在所述中风速与低风速区配合转子转速控制采用更改功率桨距角对应关系的方法对桨距角进行控制实现一次调频控制如下式(7):
10.如权利要求7所述的一种基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法，其特征在于:在所述高风速区采用附加有功快速给定控制和桨距角控制实现变速风电机组进行一次调频控制如上式(7)和下式(8):
【文档编号】H02J3/46GK103795089SQ201310680876
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】迟永宁, 王伟胜, 田新首, 李琰, 董存, 汤海雁, 张占奎, 王真, 孙蔚, 苏媛媛, 魏林君, 王志冰 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 中电普瑞张北风电研究检测有限公司, 江苏省电力公司