参与电力系统调频的双馈风电机组运行控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及风力发电技术领域，是一种参与电力系统调频的双馈风电机组运行控 制方法。
【背景技术】
[0002] 电网频率是衡量电力系统电能质量的重要指标，电力系统功率供需不平衡导致系 统频率大幅波动，风电功率大幅波动或发电机组功率脱落易诱发系统频率越限，对电力系 统稳定运行造成严重影响，与同步发电机组不同，双馈感应风电机组受四象限变流器控制 运行于最大功率跟踪（MaximumPowerPointTracking,MPPT)模式下，实现了系统频率与 转子转速的解耦，且其本身对系统惯性无贡献，无法向上调节功率，不具备响应系统频率变 化的能力，因此高风电渗透率电网调频问题愈加突出。
[0003] 针对风电机组参与系统调频的需求，通常使用风电机组减载（DeloadingPower PointTracking，DPPT)调频控制策略，即放弃最大风功率跟踪以换取长时间功率支撑，但 目前常用变速与变桨协调控制的减载控制策略并未具体给出不同风速下风电机组具体最 大减载能力，即未能明确不同风速下风电机组所能预留的备用容量，导致在需要风电机组 参与调频时不能获得最优效果。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种科学合理，适用性强的参与电力系统调 频的双馈风电机组运行控制方法，通过超速法和变桨法协调控制策略调节风力机捕获风 能，降低风电机组出力，储存有功备用，通过分析不同工况下所能获得的最佳减载程度，可 依据风电厂实时风况分别优化配置各风电机组调频任务。
[0005] 解决其技术问题采用的技术方案是，一种参与电力系统调频的双馈风电机组运行 控制方法，其特征是，它包括以下内容：
[0006] 1)不同风速下风电机组减载策略及能力的确立
[0007] 风电机组减载能力与风速密切相关，在不同运行工况下差别很大：风速较低时，其 有功出力有限，用于调频的备用容量很小；风速较高时，转速已达额定值，过分利用转子动 能易导致转速越限，影响风机运行稳定性，因此不同运行工况下减载物理约束及减载方法 有所差别；
[0008] 低工况下减载运行原则为改变转速后，运行于最大风功率跟踪模式下的双馈感应 风力发电机组（DFIG)可向左或向右移动至次优运行点，其中左侧为不稳定运行点，因此， 减载通过超速法，所说的超速法通过控制转子转速超过最大功率追踪运行模式下的最优转 速，降低风电机组有功出力，储存有功备用获得；
[0009] 中、高风速下，受转速极限限制，仅凭加速无法满足调频需求，此时风力机桨距角 增大，向下调节减小风功率，减载需通过超速法与变桨法，所说的变桨法通过调节桨距角增 大或减少风电机组有功输出，实现故障时对电网频率的有功支撑，协调控制获得；
[0010] 2)最大减载运行时调频能力的确立
[0011] 双馈感应风力发电机组（DFIG)正常运行时，发电机受四象限变流器控制追踪输 出功率参考值运行于最大功率追踪（MPPT)模式下，因此，若降低输出功率参考值大小，有 功输出即可追踪其参考值而变化，实现减载运行，稳定减载运行的风电机组面对系统频率 波动时，便有充足有功功率备用响应系统频率变化；
[0012] 频率控制器动作后，转速下降，迅速释放动能，同时桨距角参考值变化，触发桨距 角控制器再次动作，桨距角下降，电磁功率增大，电磁功率增大的同时，为维持转子运动方 程，机械功率沿风功率曲线逐渐上升，最终达到功率平衡；
[0013] 下垂控制调频效果等同于同步发电机依靠调速器作用的一次调频，即成比例的有 差调节，该调节过程作用时间短，动作速度快，在风电机组参与系统调频控制中广泛采用。
【附图说明】
[0014] 图1为低风速减载原则示意图；
[0015] 图2为中、高风速下减载原则示意图；
[0016] 图3为风力机最大功率追踪（MPPT)与减载（DPPT)运行模式下曲线示意 图；
[0017] 图4为同步发电机组下垂控制特性曲线示意图；
[0018] 图5为超速法控制策略不意图；
[0019] 图6为变桨法控制策略示意图；
[0020] 图7为低风速下双馈感应风力发电机组（DFIG)减载运行仿真曲线示意图；
[0021] 图8为中风速下双馈感应风力发电机组（DFIG)减载运行仿真曲线示意图；
[0022] 图9为高风速下双馈感应风力发电机组（DFIG)减载运行仿真曲线示意图；
[0023] 图10为不同APb下桨距角动作情况示意图（低风速下）；
[0024] 图11为不同APb下转子转速示意图（低风速下）；
[0025] 图12为不同APb下电磁功率示意图（低风速下）；
[0026] 图13为不同APb下桨距角动作示意图（中风速下）；
[0027] 图14为不同APb下转子转速示意图（中风速下）；
[0028] 图15为不同APb下电磁功率示意图（中风速下）；
[0029] 图16为在ΔΡ^大时仿真结果示意图（中风速下）；
[0030] 图17为在八匕过大时仿真结果示意图（高风速下）；
[0031] 图18为相同减载与最大减载容量对比示意图（风速8m/s);
[0032] 图19为相同减载与最大减载容量对比示意图（风速llm/s);
[0033] 图20为系统频率跌落时风电机组转子转速仿真结果示意图；
[0034] 图21为系统频率跌落时风电机组电磁功率仿真结果示意图；
[0035] 图22为下垂控制作用下功率控制环节示意图；
[0036] 图23为减载调频综合控制策略不意图；
[0037] 图24为不同风速下最大减载程度曲线图；
[0038] 图25为不同风速下减载前后功率曲线图。
【具体实施方式】
[0039] 下面利用附图和实施例对本发明的双馈感应风力发电机组不同工况下减载能力 分析作进一步说明。
[0040] 本发明的一种参与电力系统调频的双馈风电机组运行控制方法，包括以下内容：
[0041] 1)不同风速下风电机组减载策略及能力的确立
[0042] 风电机组减载能力与风速密切相关，在不同运行工况下差别很大：风速较低时，其 有功出力有限，用于调频的备用容量很小；风速较高时，转速已达额定值，过分利用转子动 能易导致转速越限，影响风机运行稳定性，因此不同运行工况下减载物理约束及减载方法 有所差别；
[0043] 低工况下减载运行原则为改变转速后，运行于最大风功率跟踪模式下的双馈感应 风力发电机组（DFIG)可向左或向右移动至次优运行点，其中左侧为不稳定运行点，低风速 下的运行原则如图1所示，因此，减载通过超速法，所说的超速法通过控制转子转速超过最 大功率追踪运行模式下的最优转速，降低风电机组有功出力，储存有功备用获得；
[0044] 中、高风速下，受转速极限限制，仅凭加速无法满足调频需求，此时风力机桨距角 增大，向下调节减小风功率，减载需通过超速法与变桨法，中、高风速下的运行原则如图2 所示，所说的变桨法通过调节桨距角增大或减少风电机组有功输出，实现故障时对电网频 率的有功支撑，协调控制获得；
[0045] 2)最大减载运行时调频能力的确立
[0046] 双馈感应风力发电机组（DFIG)正常运行时，发电机受四象限变流器控制追踪输 出功率参考值运行于最大功率追踪（MPPT)模式下，因此，若降低输出功率参考值大小，有 功输出即可追踪其参考值而变化，实现减载运行，稳定减载运行的风电机组面对系统频率 波动时，便有充足有功功率备用响应系统频率变化；
[0047] 频率控制器动作后，转速下降，迅速释放动能，同时桨距角参考值变化，触发桨距 角控制器再次动作，桨距角下降，电磁功率增大，电磁功率增大的同时，为维持转子运动方 程，机械功率沿风功率曲线逐渐上升，最终达到功率平衡；
[0048] 下垂控制调频效果等同于同步发电机依靠调速器作用的一次调频，即成比例的有 差调节，该调节过程作用时间短，动作速度快，在风电机组参与系统调频控制中广泛采用。
[0049] 本具体实例基于PSCAD建立850kW双馈感应风力发电系统验证所提出控制策略有 效性，仿真结果中功率、转速皆为标么值，选取风电机组基本容量为基准值，转速极限值为 1. 27 (ρ·u.) 〇
[0050] 双馈感应风力发电机组（DFIG)正常运行时，发电机受四象限变流器控制追踪输 出功率参考值运行于最大功率追踪（MPPT)模式下，因此，若