考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法与流程

技术特征：

1.一种考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，通过建立描述风电场渗透率、参与调频的风电机组所占比例、风机的频率调节系数和利用率之间关系的数学模型，来建立风电场综合调频数学模型，其中，所述风电场渗透率为风电场总功率与电网中总负荷功率的比值，所述参与调频的风电机组所占比例为参与调频的风电机组功率与风电场总功率之比，所述风机的频率调节系数为风电机组调频出力变化量与电网频率和电网额定频率之间的偏差之比，风机的所述利用率为参与调频的风电机组功率与风电机组最大功率之比；

步骤2，确定不同的风电场渗透率下参与调频的风电机组所占最小比例，利用所述参与调频的风电机组所占最小比例来确定参与调频的风机数量m，m为大于1的整数；

步骤3，测量风电机组中各个风机所接收到的风速；

步骤4，根据所述综合调频数学模型，在保证风机的所述利用率和调频能力的基础上确定风机参与调频的最佳风速范围；

步骤5，选择风速处于所述最佳风速范围内的风机参与调频；

步骤6，如果选择参与调频的风机的数量小于m，则从风速不高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次减小的顺序选择风机参与调频；

步骤7，如果选择参与调频的风机数量仍小于m，则从风速高于所述最佳风速范围内风速的风机之中，按照风速依次增大的顺序选择风机参与调频。

2.根据权利要求1所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，步骤1包括：

步骤101，根据风电场参与一次调频的基本原理，建立所述风电场渗透率、电网频率和电网额定频率之间的偏差、所述参与调频的风电机组所占比例、负荷功率动态变化量之间关系的数学模型：

设风电场总功率Pwt接入后，电网中同步发电机组的功率为PG，电网中总负荷功率为PL，则

Pwt+PG＝Pwt+γPGN＝PL (1)

式中，PGN为同步发电机组的额定容量，γ＝PG/PGN为同步发电机组的利用率，根据电网的频率一次调整特性，风电参与调频时若系统负荷功率动态变化量为ΔPL，则稳态情况下有：

ΔPG+ΔPw-ΔPL＝KTΔf (2)

式中，ΔPG和ΔPw分别为同步发电机组的调频出力变化量和风电机组的调频出力变化量，Δf为所述电网频率和电网额定频率之间的偏差，KT为电网的总频率调节系数，进一步得

KT＝KG+KL+Kw (3)

式中，KG、Kw和KL分别为同步发电机的频率调节系数、所述风机的频率调节系数和负荷的频率调节系数，单位均为MW/Hz，KG为同步发电机组的调频出力变化量ΔPG与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，Kw为风电机组的调频出力变化量ΔPw与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，KL为负荷功率动态变化量ΔPL与电网频率和电网额定频率之间的偏差Δf之比，

定义所述风电场渗透率ξ为所述风电场总功率Pwt与所述总负荷功率PL的比值，

ξ＝Pwt/PL (4)

定义所述参与调频的风电机组所占比例η为参与调频的风电机组功率Pw与所述风电场总功率Pwt之比，即

η＝Pw/Pwt (5)

根据式(1)-(5)求出

以及KG、Kw和KL分别为

式中，fN为电网额定频率，σG和σw为同步发电机和风机的调差系数，KL*为负荷的频率调节系数的标幺值，为1.5％，

进一步地，求出所述总频率调节系数KT的标幺值和以负荷功率为基值的总调差系数σT为：

将式(3)和(7)代入式(8)，并整理得：

式中，等号右边第1项表示同步发电机的频率调差作用，第2项表示风电并网且参与调频后对电网频率调差系数的影响，其大小不影响电网中同步发电机的频率调差作用，第3项表示负荷的频率调节系数的标幺值，

风电机组的调频出力变化量ΔPw为

当系统负荷发生动态变化ΔPL时，若要确保电网频率和电网额定频率之间的偏差的绝对值|Δf|≤0.2Hz，根据式(2)得

ΔPw≥KTΔf-ΔPG+ΔPL＝(KT-KG)Δf+ΔPL (11)

当同步发电机的频率调节系数KG和系统总频率调节系数KT恒定时，所述负荷功率动态变化量ΔPL将由风电机组的调频出力变化量ΔPw全部承担，设最大负荷动态变化率ε为

ε＝ΔPL/PL (12)

由式(10)-(11)看出，当所述风电场渗透率ξ一定时，根据所述负荷功率动态变化量ΔPL确定所述参与调频的风电机组的最小比例η及相应情况下最大负荷动态变化率ε；

步骤102，建立风机的综合调频能力数学模型，

参与调频的风电机组功率Pw表达式为

式中，ρ是空气密度，S是风轮掠过面积，CP是风能利用率，v是风速，

定义风机的利用率β为参与调频的风电机组功率Pw与风电机组最大功率Pwm之比，即

β＝Pw/Pwm (14)

定义风机的功率储备系数Kp为风电机组的调频出力变化量ΔPw与风电机组最大功率Pwm之比，即

式中，Kp取值范围为10％-20％，

进一步地，由式(13)-(15)推出

由式(10)知，当所述风电场渗透率ξ确定且风机全部参与调频时，ξ为定值，η＝1，则将式(10)代入式(16)，整理得

式(17)表明：在同一风速下，当电网频率与电网额定功率之间的偏差一定时，风机的调差系数σw越大，风机的利用率β越大，即风机的调频能力与风机利用率成反比，为了使参与调频风电机组在保证调频能力的基础上尽量发挥风机的最大利用效率，对不同风速下参与调频风力发电机的综合调频系数K作如下定义：

K＝α1Kw(η,ξ)+α2β (18)

式中，Kw为与风电场调频比例η和风电场的渗透率ξ相关的频率调节系数，见式(7)，α1、α2为可优化的实数，α1、α2根据电网具体情况来确定，如果需要保证电网中风机的调频能力，α1所占比例较大，如果需要保证电网中风机的利用率，则α2所占比例较大。

3.根据权利要求2所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，步骤2包括：

通过将风速不断升高至风机可接受的最大风速，调整参与调频的风电机组所占比例，使电网频率保持在限定范围以内，来确定所述参与调频的风电机组所占最小比例。

4.根据权利要求3所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，步骤4包括，确定风机处于不同风速的频率调节系数Kw及利用率β，具体为：

步骤401，在给定风速下，将风电机组接入系统，增大负荷功率，使电网频率相比于电网额定频率下降0.2Hz，测量风机有功出力；

步骤402，同一系统中，将风电机组换为参与调频风电机组，测量负荷功率变化相同情况下电网频率与电网额定频率之间的偏差的最大值和风机参与调频前的有功出力；

步骤403，结合步骤101、步骤102中的公式和测量得到的所述风机有功出力、所述风机参与调频前的有功出力以及所述负荷功率变化相同情况下电网频率与电网额定频率之间的偏差的最大值，得到给定风速下所述参与调频的风机的频率调节系数Kw及所述利用率β；

步骤404，改变风速，执行步骤401至步骤403，从而得到不同风速下参与调频风机的频率调节系数Kw及利用率β。

5.根据权利要求4所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，步骤4还包括：

步骤405，根据不同风速下的所述参与调频的风机的频率调节系数Kw及所述利用率β，所述参与调频的风电机组所占最小比例，基于公式(18)确定不同风速下的风机的所述综合调频系数K；

步骤406，根据不同风速下的风机的所述综合调频系数K和所述利用率β，在保证风机的所述利用率β和综合调频能力的基础上确定风机参与调频的所述最佳风速范围。

6.根据权利要求1所述的考虑风电功率注入的电网综合调频控制方法，其特征在于，还包括对参与调频的风电机组进行调频控制，具体为：

转子转速控制，通过对参与调频的风机的转子转速进行调速，来调节电网的频率；

模拟惯量控制，通过调整风电机组控制策略，使风电机组模拟同步发电机的频率响应特性参与电网调频；

下垂控制，风电机组通过模拟同步发电机调速器的动作原理，来调节电网的频率；

转速保护控制，当风机被过度调频导致转子转速低于最低转速时，将电网的额外有功功率变化量设置为0，使得被过度调频的风机不参与调频；

功率判定控制，当参与调频的风机的功率超过风机所提供的备用功率时，将电网的额外有功功率变化量设置为最大值，使得超过风机所提供的备用功率的风机不参与调频；

桨距角控制，当参与调频的风机风速高于额定值时，不参与调频。