一种DFIG风机参与一次调频的装置及控制方法与流程

一种dfig风机参与一次调频的装置及控制方法
技术领域
1.本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种dfig风机参与一次调频的装置及控制方法。


背景技术：

2.目前，国内外学者对dfig风机参与电网一次调频展开了一些研究，主要方法可分为两种：一是利用转子动能，二是预留备用容量。中国电机工程学报公开了利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略的现有技术，该现有技术跳出了让风机模拟传统同步机的传统框架，聚焦于系统功率不足场景，提出利用转子动能的风机辅助调频策略。该策略首先将风机输出功率曲线作为决策变量，通过优化得到最优功率曲线，然后设计对应的辅助频率控制策略，实现最优输出功率曲线。但是风机的转子动能有限，无法长时为调频提供能量，当转速下降到最低限值时，风机将会快速退出调频，而且由于风机调频的退出，使得电网会再次出现功率缺额，可能会导致频率的二次下降。
3.电工技术学报公开了双馈风电机组参与持续调频的双向功率约束及其影响的现有技术，该现有技术研究了dfig风机长期参与调频的问题，提出通过转速控制预留有功裕度的方法，使dfig风机具有双向调频能力。该方法虽一定程度上改善了风机参与一次调频的特性，但是需要风机长期预留备用容量，导致风机无法运行在最大风能追踪模式，降低了风机的风能利用率及发电效益。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决：现有的风机参与一次调频的方法主要是从风机本身的特性入手，通过转子动能和预留备用容量的方法响应电网调频要求，但转子动能无法长期提供调频用能量，且可能造成电网二次频率跌落；预留备用容量虽可一定程度改善风机持续参与一次调频的能力，但是由于长期的预留备用容量，在风机寿命周期内会显著降低其发电效率的技术问题。
5.一种dfig风机参与一次调频的控制方法，它包括以下步骤：
6.步骤1：在dfig风机并网点处加装储能调频单元；
7.步骤2：检测并获得dfig风机并网点的频率偏差δf；
8.步骤3：判断并网点频率偏差δf的绝对值是否超过一次调频死区f
dz
；若|δf|≤f
dz
，则返回步骤2继续检测频率偏差δf，否则进入步骤4；
9.步骤4：判断超级电容的荷电状态s
soc
是否在系统允许的范围内，若s
min
≤s
soc
≤s
max
(其中s
min
，s
max
分别为超级电容荷电状态的最小值和最大值)，则进入步骤5启动一次调频，否则结束调频；
10.步骤5：进入一次调频，储能变流器采用下垂控制；
11.步骤6：判断超级电容的出力是否越限，如果没有越限，则输出功率参考值到储能变流器，控制系统进行一次调频；
12.步骤7：再次判断频率偏差δf的绝对值是否小于一次调频死区f
dz
，若|δf|≤f
dz
，则结束一次调频。
13.在步骤1中，储能调频单元包括储能变流器、超级电容器。
14.在步骤2中，检测dfig风力发电机并网点的频率偏差δf所采用的计算公式如下：
15.δf＝f
n-fmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
16.其中，fn为参考频率；fm为dfig风机并网点检测频率。
17.在步骤5中，进入一次调频，储能变流器采用下垂控制所采用的计算公式如下：
18.δp
ref
＝kδf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
19.其中，δp
ref
为输出功率参考值；k为下垂系数。
20.在步骤6中，如果越限，则修正下垂系数，并返回步骤5重新计算超级电容的输出功率参考值。
21.在步骤7中，若频率偏差δf的绝对值大于一次调频死区f
dz
，则返回步骤4，重复步骤4至步骤7。
22.一种dfig风机参与一次调频的装置，它包括储能变流器pcs、超级电容器，储能变流器pcs由dc/dc和ac/dc组成，超级电容器的输出端与储能变流器pcs的dc/dc连接，储能变流器pcs通过ac/dc与风机并网点相连，储能变流器pcs和dfig风机协同对超级电容进行快速充放电控制，从而实现对风机并网点频率的调节。
23.采用该装置对风机并网点频率进行调节时，采用以下步骤：
24.步骤1：检测并获得dfig风机并网点的频率偏差δf；
25.步骤2：判断并网点频率偏差δf的绝对值是否超过一次调频死区f
dz
；若|δf|≤f
dz
，则返回步骤1继续检测频率偏差δf，否则进入步骤3；
26.步骤3：判断超级电容的荷电状态s
soc
是否在系统允许的范围内，若s
min
≤s
soc
≤s
max
(其中s
min
，s
max
分别为超级电容荷电状态的最小值和最大值)，则进入步骤4启动一次调频，否则结束调频；
27.步骤4：进入一次调频，储能变流器采用下垂控制；
28.步骤5：判断超级电容的出力是否越限，如果没有越限，则输出功率参考值到储能变流器，控制系统进行一次调频；
29.步骤6：再次判断频率偏差δf的绝对值是否小于一次调频死区f
dz
，若|δf|≤f
dz
，则结束一次调频。
30.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
31.1)本发明在dfig风机并网点处加装储能调频单元，通过合理配置超级电容，利用储能变流器的灵活控制，在不改变dfig风力机并网变流器的原有结构及控制的基础上，增强dfig风力发电机全工况下参与电网一次调频的能力；
32.2)本发明能在有效增强dfig风机全工况下参与电网一次调频能力的基础上，在响应调频时依然可以实现最大功率跟踪，提升了发电效益，同时也提高了大规模风力发电系统的并网友好性。
附图说明
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
34.图1为基于超级电容的dfig风机的结构示意图；
35.图2为储能变流器控制策略流程图；
36.图3为本发明中的整体流程图。
具体实施方式
37.如图1至图3所示，一种dfig风机参与一次调频的控制方法，它包括以下步骤：
38.a1)本发明在dfig风机并网点处加装储能调频单元，主要包括储能变流器和超级电容器，如图1所示；
39.a2)检测dfig风机并网点的频率偏差δf，其计算方式如下：
40.δf＝f
n-fmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
41.其中，fn为参考频率；fm为dfig风机并网点检测频率。
42.a3)判断并网点频率偏差δf的绝对值是否超过一次调频死区f
dz
。若|δf|≤f
dz
，则返回a2)继续检测频率偏差δf，否则进入a4)；
43.a4)判断超级电容的荷电状态(s
soc
)是否在系统允许的范围内，若s
min
≤s
soc
≤s
max
(其中s
min
，s
max
分别为超级电容荷电状态的最小值和最大值)，则进入a5)启动一次调频，否则结束调频；
44.a5)进入一次调频，储能变流器采用下垂控制，其控制公式如下：
45.δp
ref
＝kδf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
46.其中，δp
ref
为输出功率参考值；k为下垂系数；
47.a6)判断超级电容的出力是否越限，如果越限，则修正下垂系数，并返回a5)重新计算超级电容的输出功率参考值，否则直接输出功率参考值到储能变流器，控制系统进行一次调频；
48.a7)再次判断频率偏差δf的绝对值是否小于一次调频死区f
dz
，若|δf|≤f
dz
，则结束一次调频，否则返回步骤a4)，重复a4)至a7)。控制流程如图3所示。
49.本发明还包括一种dfig风机参与一次调频的装置，它包括储能变流器pcs1、超级电容器2，储能变流器pcs1由dc/dc和ac/dc组成，超级电容器2的输出端与储能变流器pcs1的dc/dc连接，储能变流器pcs1通过ac/dc与风机并网点3相连，储能变流器pcs1和dfig风机4协同对超级电容2进行快速充放电控制，从而实现对风机并网点3频率的调节。
50.采用该装置对风机并网点频率进行调节时，采用以下步骤：
51.步骤1：检测并获得dfig风机并网点的频率偏差δf；
52.步骤2：判断并网点频率偏差δf的绝对值是否超过一次调频死区f
dz
；若|δf|≤f
dz
，则返回步骤1继续检测频率偏差δf，否则进入步骤3；
53.步骤3：判断超级电容的荷电状态s
soc
是否在系统允许的范围内，若s
min
≤s
soc
≤s
max
(其中s
min
，s
max
分别为超级电容荷电状态的最小值和最大值)，则进入步骤4启动一次调频，否则结束调频；
54.步骤4：进入一次调频，储能变流器采用下垂控制；
55.步骤5：判断超级电容的出力是否越限，如果没有越限，则输出功率参考值到储能变流器，控制系统进行一次调频；
56.步骤6：再次判断频率偏差δf的绝对值是否小于一次调频死区f
dz
，若|δf|≤f
dz
，
则结束一次调频。
57.本发明在dfig风机并网点处加装储能调频单元，通过合理配置超级电容，利用储能变流器的灵活控制，在不改变dfig风机并网变流器的原有结构及控制的基础上，增强dfig风机全工况下参与电网一次调频的能力。