一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法及系统与流程

本发明涉及风力发电场风电机组智能控制系统领域，特别是涉及一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法及其系统。

背景技术：

风力发电场智能控制系统领域：随着风电行业数字化与智能化的快速发展，越来越多的科研机构开始研究风力发电场场级智能控制系统，用于提升整场的发电量。但是此领域起步较晚，叠加科研机构投入的资源有限等原因，导致研究成果较少。在实际风电场运营时，需要多系统、多平台协调配合，但是这些系统间的数据没有得到充分利用，每个系统的核心控制模块的数据更是相对独立，数据不能及时共享，控制效果虽能够满足考核要求，但是没有做到智能化、精细化的程度，导致风电场本可以避免的损失发电量没有得到及时有效的挽回。

当电网发生频率波动时，风电场主动调整自身有功输出，参与频率调节，称为风电一次调频。目前针对风电机组的调频控制的研究较多，较为常用的方法有转速控制、桨距角控制以及这两种控制策略配合使用的方法。现有技术采用了分段控制方法，将风电机组参与调频分为几段动态调整，实现单个机组一次调频性能提升。

风电场一般是由几十台风电机组构成，风电参与电网调频不能不考虑整场的调节性能，只实现单个风电机组调频显然不够。能量管理平台将新能源电厂作为一个虚拟同步发电机通过通讯管理机和场群控制器实现整个风电场的一次调频功能。而目前多数文献只研究了单个机组参与调频时的控制，对全场考虑较少。我司专利cn107749644提出了一种风电场参与一次调频方法，能量管理平台采集并网点频率信号，采用双层pid控制来实现调频。但风力发电系统是具有非线性、滞后性、时变性、惯性等特点的复杂系统，很难用数据方法建立其精确的数学模型，因此传统的pid控制不能适应多变的发电工况，一般响应速度慢且容易产生超调，难以满足电网越来越严苛的精度及响应速度等性能要求。

基于以上情况，本发明给出一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法及系统以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法及系统，解决了现有控制系统响应速度慢、容易产生超调，难以满足电网越来越严苛的精度及响应速度性能要求的问题。

本发明提供了一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法，包括以下步骤：

s1、采集当前时刻并网频率值；

s2、判断频率值是否跳出频率死区范围，是则进行s3，否则返回s1；

s3、计算全场有功功率给定值；

s4、根据当前时刻给定值与实时值计算误差；

s5、根据误差调整比例参数；

s6、根据误差调整积分项；

s7、计算微分项，将计算得出的微分项结果、比例参数与积分项叠加后得到当前时刻全场功率调节量；

s8、将全场功率调节量按照控制逻辑分配给每个风电机组；

s9、检测误差，如果到误差死区则本次调频结束，返回s1；如果误差未到死区则返回s5。

进一步地，在计算全场有功功率给定值时，使用基于如下公式所建立的计算模型：

其中，fd为一次调频死区；

fn为系统额定频率；

pn为额定率；

δ％为新能源一次调频调差率；

p0为有功功率初值。

进一步地，在调整比例参数时，包括如下方法：

调节初始时满足|e(k)|>e2，此时比例系数将选择最大的参数kp3收敛误差；误差收敛至e1<e(k)<e2时，比例系数将自动调整为kp2；当误差收敛至e(k)<e1时，比例系数自动调整为最小的参数kp1，改成小参数使系统平稳收敛。

进一步地，在调整比例参数时，包括如下方法：

当|e(k)大于全场额定功率的2％时，则调大比例环节控制参数kp，以较大的输出使系统迅速跟踪目标量；当|e(k)|小于全场额定功率的0.5％时，则调小比例环节控制参数kp；

当e(k)δe(k)＞0时，此时引入微分控制或调大微分控制参数kd，以扭转误差调整方向；

误差绝对值变得很小时，引入积分环节或调大积分控制参数ki，。

进一步地，在根据误差调整积分项时，包括如下方法：

当误差较大时，关闭积分调整项，当误差低于一定值时，启用积分调整。

本发明还提供了一种使用智慧风电场参数自适应快速调频控制方法的智慧风电场参数自适应快速调频控制系统，包括能量管理平台ems、电网中心、升压站监控装置、频率监测装置和无功补偿装置，所述能量管理平台ems分别电连接于所述电网中心、所述升压站监控装置、所述频率监测装置和所述无功补偿装置。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明采用pid参数自调整方法，达到系统误差大的时候增大调节量，快速跟踪；误差小的时候减小调节量，迅速稳定；误差低于一定值时引入积分控制消掉残差。根据误差动态调整控制参数，相较于之前的风电场一次调频方法，调节速度更快，更稳。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的算法逻辑示意图；

图2是本发明的系统结构示意图；

图3是本发明的方法与现有方法在功率突变时的响应效果对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明的目的是提供一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法及系统，保证风电机组能够在鼠笼模式或双馈模式下顺利并脱网，以及能够在鼠笼电机和双馈电机两种模式之间顺利切换。

如图1所示，本发明提供了一种智慧风电场参数自适应快速调频控制方法，包括以下步骤：

s1、采集当前时刻并网频率值；

s2、判断频率值是否跳出频率死区范围，是则进行s3，否则返回s1；

s3、计算全场有功功率给定值；

s4、根据当前时刻给定值与实时值计算误差；

s5、根据误差调整比例参数；

s6、根据误差调整积分项；

s7、计算微分项，将计算得出的微分项结果、比例参数与积分项叠加后得到当前时刻全场功率调节量；

s8、将全场功率调节量按照控制逻辑分配给每个风电机组；

s9、检测误差，如果到误差死区则本次调频结束，返回s1；如果误差未到死区则返回s5。

进一步地，在计算全场有功功率给定值时，使用基于如下公式所建立的计算模型：

其中，fd为一次调频死区；

fn为系统额定频率；

pn为额定率；

δ％为新能源一次调频调差率；

p0为有功功率初值。

进一步地，在调整比例参数时，包括如下方法：

调节初始时满足|e(k)|>e2，此时比例系数将选择最大的参数kp3，快速收敛误差；误差收敛至e1<e(k)<e2时，比例系数将自动调整为kp2，降低调节速率以防止出现大超调量；当误差收敛至e(k)<e1时，比例系数自动调整为最小的参数kp1，此时已达到目标值附近，改成小参数使系统平稳收敛。

进一步地，在调整比例参数时，包括如下方法：

当|e(k)|大于全场额定功率的2％时，说明误差已经很大，则调大比例环节控制参数kp，以较大的输出使系统迅速跟踪目标量，以达到快速响应，快速调整误差的效果；当|e(k)|小于全场额定功率的0.5％时，则调小比例环节控制参数kp，以减小超调，使系统迅速达到稳态；

当e(k)δe(k)＞0时，误差在朝绝对值增大方向变化，此时引入微分控制或调大微分控制参数kd，以扭转误差调整方向；

误差绝对值变得很小时，引入积分环节或调大积分控制参数ki，以减小稳态误差。

进一步地，在根据误差调整积分项时，包括如下方法：

当误差较大时，关闭积分调整项，当误差低于一定值时，启用积分调整。

本发明还提供了一种使用智慧风电场参数自适应快速调频控制方法的智慧风电场参数自适应快速调频控制系统，包括能量管理平台ems、电网中心、升压站监控装置、频率监测装置和无功补偿装置，所述能量管理平台ems分别电连接于所述电网中心、所述升压站监控装置、所述频率监测装置和所述无功补偿装置。

测试了系统在固定大参数、固定小参数和参数自调整方法下的暂态响应情况，如图3所示。蓝色表示给定功率，红色是参数自调整方法下的响应，绿色表示固定大参数，紫色代表固定小参数。比较红色与绿色线条，两者响应速度接近，但红色很快就达到稳态，绿线小幅度震荡时间较长。比较红线与紫线，明显紫线的速度慢了许多。上升时间t0.9，参数自调整方法用时为4s，固定大参数方法用时4.6s，固定小参数方法用时12s。

本发明采用pid参数自调整方法，达到系统误差大的时候增大调节量，快速跟踪；误差小的时候减小调节量，迅速稳定；误差低于一定值时引入积分控制消掉残差。根据误差动态调整控制参数，相较于之前的风电场一次调频方法，调节速度更快，更稳。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。