风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算方法及系统与流程

本发明涉及电力系统自动化控制技术领域，具体涉及一种风电机组参与电网紧急控制的实时可调功率计算方法及系统。

背景技术：

在一次能源与负荷呈逆向分布的区域，为满足清洁能源送出、负荷中心电力供应、节能减排等方面的迫切需求，一般大力发展适用于远距离、大容量输电的特高压直流技术。以西北电网为例，正逐渐形成以甘肃、新疆、宁夏等为代表的风电机组基地集群通过特高压直流群外送格局，在支撑国家资源优化配置的同时，电网一体化特征不断加强，送受端、交直流之间耦合日趋紧密，电网安全稳定运行也面临诸多挑战。

现有的电网紧急控制系统通过接种切除大量负荷和风电机组的投切式控制解决系统大功率缺额带来的稳定问题，风电机组投切式控制往往将风电机组切除处理，带来风电机组的大量脱离电网，给电网造成了巨大的损失。将风电机组功率控制纳入电网紧急控制体系，提高了紧急控制系统的协调性和精细控制水平，从整体上提高了过渡期特高压交直流混连电网安全稳定和电网控制管理精益化水平。风电机组机组具有快速启动、柔性连续控制、响应速度快的优势，在电网紧急控制中，能够进一步增加控制措施和控制量，提高控制的精细化水平，提高电网故障后的安全稳定运行水平。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中的不足，提出一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算方法及系统，将风电机组控制纳入电网紧急控制体系，充分发挥了风电机组的控制能力，提高了紧急控制系统的协调性和精细控制水平，从整体上提高了过渡期特高压交直流混连电网安全稳定和电网控制管理精益化水平。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算方法，其特征是，包括以下步骤：

确定风电机组紧急控制最低风速，和风电机组当前实时风速；

根据当前实时风速和紧急控制最低风速，确定风电机组当前运行方式；

根据风电机组当前运行方式，计算风电机组有功功率调节量；以及

获取风电机组当前并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率和无功功率；

根据并网有功功率和无功功率，确定风电机组无功功率调节量。

以及连接的前后两段话是没有执行顺序的，可以先执行计算有功功率和无功功率的步骤，在执行确定运行方式的步骤。

进一步的，风电机组紧急控制最低风速为风机旋转速度为0.8×nr时所对应的风速，nr为风机额定旋转。

进一步的，计算并网有功功率包括：

根据并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率p，由于并网有功功率p需要进行4个周波的平滑处理，所以并网有功功率p计算公式为：

其中，u(n)为实时采集的并网线电压数据，i(n)为实时采集的并网相电流数据，n为数据窗内数据点计数，n为每周波采样点数，p为正时，发电机组向电网发出有功功率；p为负时，发电机组向电网吸收有功功率。

进一步的，计算并网无功功率包括：

根据并网线电压和并网相电流数据，计算并网无功功率q，由于并网无功功率q需要进行4个周波的平滑处理，所以并网无功功率q计算公式为：

其中，u(n)为实时采集的并网线电压数据，i(n-n/4)为四分之一周波之前的并网相电流数据；n为数据窗内数据点计数，n为每周波采样点数，q为正时，发电机组向电网发出无功功率；q为负时，发电机组向电网吸收无功功率。

进一步的，判断风电机组当前运行方式包括：

当风电机组当前实时风速vwt满足vwt<vci或vco≤vwt，风电机组为离网状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vci≤vwt<vl，风电机组为低风速状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vl≤vwt<vcr：当风电机并网有功功率p为风电机组最大有功功率pmppt(vwt)时，风电机组为最大频率跟踪状态；当风电机组并网有功功率p为agc系统指定风电机组功率porder时，风电机组为指定功率状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vcr≤vwt<vco，风电机组为高风速运行状态，风电机并网实时有功功率p满足p＝pr；

其中，vci为风电机组切入风速，vl为风电机组紧急控制最低风速，vcr为风电机组额定风速，vco为风电机去切出风速，pr为风电机组额定功率，风电机组最大有功功率pmppt(vwt)具体计算方式为：

其中，ρ为空气密度，一般取1.25kg/m³；λ为叶尖速比；r为风力机旋转半径，β为浆距角，n为风机旋转速度，cp(λ,β)为风能利用系数。

进一步的，风电机组有功功率调节量，包含有功功率增加调节量δp+和有功功率降低调节量δp-；

根据风电机组当前运行方式计算风电机组有功功率调节量包括：

1)所述有功功率增加调节量δp+的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝pmppt(vwt)-porder；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

2)所述有功功率降低调节量δp-的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝p-pmppt(vl)；其中pmppt(vl)为转速为vl时的风电机组最大有功功率；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝porder-pmppt(vl)；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp-满足δp-＝pr-pmppt(vl)。

进一步的，风电机组无功功率调节量，包含无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-；

根据并网有功功率和无功功率计算风电机组无功功率调节量包括：

1)如果发电机组向电网发出无功功率，满足q≥0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

2)如果发电机组向电网吸收无功功率，满足q<0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

其中，im为风电机组最大并网电流，u为并网线电压幅值。

进一步的，并网线电压幅值为：

其中，u(n)为实时采集的并网线电压数据，n为数据窗内数据点计数，n为每周波采样点数，a(u)1为电压基波正弦分量幅值，b(u)1为电压基波余弦分量幅值。

相应的，本发明还提供了一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算系统，其特征是，包括最低风速和实时风速确定模块、风电机组运行方式判定模块、有功功率调节量计算模块、风电机组并网功率计算模块和无功功率调节量计算模块；

最低风速和实时风速确定模块，用于确定风电机组紧急控制最低风速，和风电机组当前实时风速；

风电机组运行方式判定模块，用于根据当前实时风速和紧急控制最低风速，确定风电机组当前运行方式；

有功功率调节量计算模块，用于根据风电机组当前运行方式，计算风电机组有功功率调节量；以及

风电机组并网功率计算模块，用于获取风电机组当前并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率和无功功率；

无功功率调节量计算模块，用于根据并网有功功率和无功功率，确定风电机组无功功率调节量。

进一步的，最低风速确定模块中，风电机组紧急控制最低风速为风机旋转速度为0.8×nr时所对应的风速，nr为风机额定旋转。

进一步的，运行方式判定模块中，判断风电机组当前运行方式包括：

当风电机组当前实时风速vwt满足vwt<vci或vco≤vwt，风电机组为离网状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vci≤vwt<vl，风电机组为低风速状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vl≤vwt<vcr：当风电机并网有功功率p为风电机组最大有功功率pmppt(vwt)时，风电机组为最大频率跟踪状态；当风电机组并网有功功率p为agc系统指定风电机组功率porder时，风电机组为指定功率状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vcr≤vwt<vco，风电机组为高风速运行状态，风电机并网实时有功功率p满足p＝pr；

其中，vci为风电机组切入风速，vl为风电机组紧急控制最低风速，vcr为风电机组额定风速，vco为风电机去切出风速，pr为风电机组额定功率，风电机组最大有功功率pmppt(vwt)具体计算方式为：

其中，ρ为空气密度，一般取1.25kg/m³；λ为叶尖速比；r为风力机旋转半径，β为浆距角，n为风机旋转速度，cp(λ,β)为风能利用系数。

进一步的，有功功率调节量计算模块中，风电机组有功功率调节量，包含有功功率增加调节量δp+和有功功率降低调节量δp-；

根据风电机组当前运行方式计算风电机组有功功率调节量包括：

1)所述有功功率增加调节量δp+的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝pmppt(vwt)-porder；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

2)所述有功功率降低调节量δp-的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝p-pmppt(vl)；其中pmppt(vl)为转速为vl时的风电机组最大有功功率；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝porder-pmppt(vl)；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp-满足δp-＝pr-pmppt(vl)。

进一步的，无功功率调节量计算模块中，风电机组无功功率调节量，包含无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-；

根据并网有功功率和无功功率计算风电机组无功功率调节量包括：

1)如果发电机组向电网发出无功功率，满足q≥0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

2)如果发电机组向电网吸收无功功率，满足q<0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

其中，im为风电机组最大并网电流，u为并网线电压幅值。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将风电机组控制纳入电网紧急控制体系，充分发挥了风电机组的控制能力，提高了紧急控制系统的协调性和精细控制水平，从整体上提高了过渡期特高压交直流混连电网安全稳定和电网控制管理精益化水平。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算方法，包括以下步骤：

确定风电机组紧急控制最低风速，和风电机组当前实时风速；

根据当前实时风速和紧急控制最低风速，确定风电机组当前运行方式；

根据风电机组当前运行方式，计算风电机组有功功率调节量；以及

获取风电机组当前并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率和无功功率；

根据并网有功功率和无功功率，确定风电机组无功功率调节量。

以及连接的前后两段话是没有执行顺序的，可以先执行计算有功功率和无功功率的步骤，在执行确定运行方式的步骤。

实施例

本发明的一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算方法，使电网紧急控制系统获取风电机组的实时可调节量，用于紧急控制时风电机组控制措施量的分配，参见图1所示，包括以下步骤：

步骤一：获取风电机组本体参数，计算风电机组紧急控制最低风速；

所述风机本体参数包括：风电机组额定功率pr，风电机组切入风速vci，风电机去切出风速vco，风电机组额定风速vcr，风电机组最大并网电流im。风机本体参数可通过风机使用说明书中直接获取。

风电机组紧急控制最低风速vl设置为风机旋转速度为0.8×nr时所对应的风速，nr为风机额定旋转，一般为1500r/min。风电机组紧急控制最低风速略大于风电机组切入风速，满足vl>vci。

步骤二：获取风电机组当前并网线电压和并网相电流数据，计算并网线电压幅值、并网有功功率和无功功率；

1)根据并网线电压数据，计算并网线电压幅值u为：

其中，u(n)为实时采集的并网线电压数据，n为数据窗内数据点计数，n为每周波采样点数，a(u)1为电压基波正弦分量幅值，b(u)1为电压基波余弦分量幅值，u为并网线电压幅值。

2)根据并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率p，由于并网有功功率p需要进行4个周波(80ms)的平滑处理，所以并网有功功率p计算公式为：

其中，i(n)为实时采集的并网相电流数据，p为正时，发电机组向电网发出有功功率；p为负时，发电机组向电网吸收有功功率。

3)根据并网线电压和并网相电流数据，计算并网无功功率q，由于并网无功功率q需要进行4个周波(80ms)的平滑处理，所以并网无功功率q计算公式为：

其中，i(n-n/4)为四分之一周波之前的并网相电流数据；q为正时，发电机组向电网发出无功功率；q为负时，发电机组向电网吸收无功功率。

步骤三：获取风电机组当前实时风速及当前运行方式；

通过风速传感器实时获取风电机组当前实时风速vwt。

风电机组当前运行方式，具体计算方法为：

当风电机组当前实时风速vwt满足vwt<vci，风电机组为离网状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vci≤vwt<vl，风电机组为低风速状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vl≤vwt<vcr：当风电机并网有功功率p为风电机组最大有功功率pmppt(vwt)时，即满足p＝pmppt(vwt)，风电机组为最大频率跟踪状态；当风电机组并网有功功率p为风电机组agc系统(自动发电控制automaticgaincontrol)指定功率porder时，即满足p＝porder，风电机组为指定功率状态，一般满足porder<pmppt。

当风电机组当前实时风速vwt满足vcr≤vwt<vco，风电机组为高风速运行状态，风电机并网实时有功功率p满足p＝pr。

当风电机组当前实时风速vwt满足vco≤vwt，风电机组为离网状态。

其中，风电机组最大有功功率pmppt(vwt)具体计算方式为：

其中，ρ为空气密度，一般取1.25kg/m³；λ为叶尖速比(描述风电机组旋转速度和叶片半径的一个专业名词)；r为风力机旋转半径，为风电机组本体数据，可通过风电机组说明书获取。β为浆距角，可通过风电机组运行状态获取。n为风机旋转速度，可通过风电机组运行状态获取。cp(λ,β)为风能利用系数。

步骤四：实时计算风电机组有功功率调节量。

风电机组有功功率调节量，包含有功功率增加调节量δp+和有功功率降低调节量δp-。

1)所述有功功率增加调节量δp+的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0。

如果风电机组为低风速状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0。

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0。

如果风电机组为指定功率状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝pmppt(vwt)-porder。

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0。

2)所述有功功率降低调节量δp-的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0。

如果风电机组为低风速状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0。

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝p-pmppt(vl)。其中pmppt(vl)为转速为vl时的风电机组最大有功功率。

如果风电机组为指定功率状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝porder-pmppt(vl)。

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp-满足δp-＝pr-pmppt(vl)。

步骤五：实时计算风电机组无功功率调节量。

风电机组无功功率调节量，包含无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-。

1)如果发电机组向电网发出无功功率，满足q≥0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

2)如果发电机组向电网吸收无功功率，满足q<0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

本发明的有益效果如下：本发明计算了风电机组的有功和无功实时可调量，将风电机组柔性控制纳入紧急控制资源池，增加了电网紧急控制措施量，解决了电网紧急控制措施不足的问题，提高了电网紧急控制的精细化水平，提高了电网安全稳定运行水平。

相应的，本发明还提供了一种风电机组参与电网紧急控制的可调功率计算系统，其特征是，包括最低风速和实时风速确定模块、风电机组运行方式判定模块、有功功率调节量计算模块、风电机组并网功率计算模块和无功功率调节量计算模块；

最低风速和实时风速确定模块，用于确定风电机组紧急控制最低风速，和风电机组当前实时风速；

风电机组运行方式判定模块，用于根据当前实时风速和紧急控制最低风速，确定风电机组当前运行方式；

有功功率调节量计算模块，用于根据风电机组当前运行方式，计算风电机组有功功率调节量；以及

风电机组并网功率计算模块，用于获取风电机组当前并网线电压和并网相电流数据，计算并网有功功率和无功功率；

无功功率调节量计算模块，用于根据并网有功功率和无功功率，确定风电机组无功功率调节量。

进一步的，最低风速确定模块中，风电机组紧急控制最低风速为风机旋转速度为0.8×nr时所对应的风速，nr为风机额定旋转。

进一步的，运行方式判定模块中，判断风电机组当前运行方式包括：

当风电机组当前实时风速vwt满足vwt<vci，风电机组为离网状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vci≤vwt<vl，风电机组为低风速状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vl≤vwt<vcr：当风电机并网有功功率p为风电机组最大有功功率pmppt(vwt)时，风电机组为最大频率跟踪状态；当风电机组并网有功功率p为agc系统指定风电机组功率porder时，风电机组为指定功率状态；

当风电机组当前实时风速vwt满足vcr≤vwt<vco，风电机组为高风速运行状态，风电机并网实时有功功率p满足p＝pr；

当风电机组当前实时风速vwt满足vco≤vwt，风电机组为离网状态；

其中，vci为风电机组切入风速，vl为风电机组紧急控制最低风速，vcr为风电机组额定风速，vco为风电机去切出风速，pr为风电机组额定功率，风电机组最大有功功率pmppt(vwt)具体计算方式为：

其中，ρ为空气密度，一般取1.25kg/m³；λ为叶尖速比；r为风力机旋转半径，β为浆距角，n为风机旋转速度，cp(λ,β)为风能利用系数。

进一步的，有功功率调节量计算模块中，根据风电机组当前运行方式计算风电机组有功功率调节量包括：

风电机组有功功率调节量，包含有功功率增加调节量δp+和有功功率降低调节量δp-；

1)所述有功功率增加调节量δp+的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝pmppt(vwt)-porder；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp+满足δp+＝0；

2)所述有功功率降低调节量δp-的计算方法为：

如果风电机组为离网状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为低风速状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝0；

如果风电机组为最大频率跟踪状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝p-pmppt(vl)；其中pmppt(vl)为转速为vl时的风电机组最大有功功率；

如果风电机组为指定功率状态，有功功率降低调节量δp-满足δp-＝porder-pmppt(vl)；

如果风电机组为为高风速运行状态，有功功率增加调节量δp-满足δp-＝pr-pmppt(vl)。

进一步的，无功功率调节量计算模块中，根据并网有功功率和无功功率计算风电机组无功功率调节量包括：

风电机组无功功率调节量，包含无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-；

1)如果发电机组向电网发出无功功率，满足q≥0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

2)如果发电机组向电网吸收无功功率，满足q<0，无功功率增加调节量δq+和无功功率降低调节量δq-计算方法为：

无功功率增加调节量δq+的计算方法为：

无功功率降低调节量δq-的计算方法为：

其中，im为风电机组最大并网电流，u为并网线电压幅值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。