一种风电机组调频方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种风电机组调频方法、装置、设备及介质。

背景技术：

双馈风电机组通过变流器并网运行，导致其有功功率输出无法响应系统的频率变化，当大规模的无调频能力的双馈风机组并入电网时，严重减弱了系统的调频能力。因此需要使得双馈风电机组具有一定的调频能力以提高电网频率稳定性。

现有技术基本是通过改进风电机组中有功控制环节，使得风电机组的有功出力可以响应系统频率变化。从控制原理上，主要分为转子动能控制和功率备用控制。转子动能控制包括短时功率控制、下垂控制和虚拟惯性控制。功率备用控制包括超速减载控制和变桨控制。另外，很多学者在研究利用蓄电池、飞轮储能、超级电容器等储能装置平滑风电机组出力，配合风电机组参与系统调频的方法。各种控制方法各有优缺点，适用的场景也不同。

尽管目前许多学者对各种控制方法的相互配合进行了大量的研究，但各种策略配合使用时制约的因素多而复杂，如何适应复杂运行工况尚未得到解决。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种风电机组调频方法、装置、设备及介质，实现了不同风速模式下各种控制环节相互协调配合进行调频，使得电网频率稳定。

本发明一实施例提供一种风电机组调频方法，其特征在于，包括：飞轮储能调频控制模块、综合减载控制模块以及综合惯性控制模块，所述综合减载控制模块包括超速减载控制以及变桨控制，所述综合惯性控制模块包括下垂控制以及虚拟惯性控制；

当超低风速模式时，将频率变化量输入至所述飞轮储能调频控制模块，得到第一输出量；

所述超速减载控制以及变桨控制均失效，所述超速减载控制以及变桨控制的减载量均设置为0；

所述下垂控制以及虚拟惯性控制失效，所述下垂控制比例系数以及虚拟惯性控制比例系数均为0；

当低风速模式时，将频率变化量输入至所述飞轮储能调频控制模块，功率设定环节失效，得到第二输出量；

将所述超速减载控制的减载量与最大功率跟踪输出输入至综合控制模块，所述变桨控制的减载量设置为0，得到第三输出量；

所述综合惯性控制模块设置一个小于等于1的第一调整系数，所述第一调整系数用于调整下垂控制比例系数以及虚拟惯性控制比例系数，将频率偏差以及频率变化输入综合惯性控制模块，得到第四输出量；

当中风速模式时，所述飞轮储能调频控制模块失效，即飞轮比例系数为0；

所述超速减载控制的减载量和变桨控制的减载量之和为风电机组的减载量，所述超速减载控制的减载量、变桨控制的减载量以及最大功率跟踪输出输入至综合减载控制模块，得到第五输出量；

所述下垂控制比例系数设置为第一基准值，所述虚拟惯性控制比例系数设置为第二基准值，将频率偏差以及频率变化作为输入综合惯性控制模块，得到第六输出量；

当高风速模式时，所述飞轮储能调频控制模块失效，即飞轮比例系数为0；

所述变桨控制的减载量以及最大功率跟踪输出量输入至综合减载控制模块，得到第七输出量；

所述综合惯性控制模块设置一个大于1且小于等于1.5的第二调整系数，所述第二调整系数用于调整下垂控制比例系数以及虚拟惯性控制比例系数，将频率偏差以及频率变化输入综合惯性控制模块，得到第八输出量。

优选地，所述超低风速范围为{vcut_in，v1}，所述v1＝vcut_in+a*(vcut_out-vcut_in)，所述超低风速和低风速的分界点风速v1，vcut_in为切入风速，a为超低风速系数，所述a的范围为{0,0.3}。

优选地，所述低风速和中风速的分界点风速为v2，所述低风速的风速范围{v1，v2}，根据公式pmppt＝f(β,v,ω)推导得到v2，其中，ω为风机转子最大转速ωmax，pmppt为最大功率值。

优选地，所述中风速和高风速的分界点风速为v3，所述中风速的风速范围{v2，v3}，根据公式求解，其中，ωmax为风机转子转速上限，r为风机风轮半径，n为齿轮箱变速比，λopt为最优叶尖速比。

优选地，所述高风速的风速范围为{v3，vcut_out}，所述vcut_out为切出风速。

本发明另一实施例对应提供了一种风电机组调频装置，包括：

风速判定模块，用于对风速进行判断；

飞轮储能调频控制模块，用于在超低风速和低风速模式下对风电机组进行调频；

综合减载控制模块，用于在低风速、中风速以及高风速模式下对风电机组进行调频；

综合惯性控制模块，用于低风速、中风速以及高风速模式下对风电机组进行调频。

本发明另一实施例提供了一种风电机组调频终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的一种风电机组调频方法。

本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的一种风电机组调频方法。

本发明实施例提供了一种风电机组的一种风电机组调频方法、装置、设备及介质，具有如下有益效果：

1、在不同风速模式下，充分利用飞轮储能调频控制模块进行调频，稳定系统频率。在超低风速模式下，利用飞轮储能调频控制模块调频，而让综合减载控制模块以及综合惯性控制模块失效，利用飞轮储能模块平滑风电机组出力的同时，避免了因综合惯性控制模块导致风机失速切机；

在低风速模式下，飞轮储能模块仍然参与调频，但令其功率设定环节失效,综合减载控制模块中的超速减载控制起作用，变桨控制失效，由于风速仍然比较低，为了保证风机稳定运行，适当降低综合惯性控制模块的附加输出有功功率，设置第一调整系数减小下垂控制和虚拟惯性控制比例系数；

在中风速模式下，飞轮储能调频控制模块调频控制失效，利用超速减载控制和变桨控制调频，下垂控制和虚拟惯性控制起作用，下垂控制比例系数与第一基准值相等，虚拟惯性控制比例系数与第二基准值相等；

高风速模式下，飞轮储能调频控制模块失效，超速减载控制失效，采用变桨控制实现减载控制调频，为了提高风电机组的调频能力，设置第二调整系数增大下垂控制和虚拟惯性控制比例系数，综合考虑了对不同风速的情况进行调频，通过飞轮储能调频控制模块、综合减载控制模块以及综合惯性控制模块之间的相互配合对不同风速进行调频，使得电网频率稳定。

2、设计了风速判定模块，将风速分为超低风速、低风速、中风速和高风速四个模式，使得调频更加方便，实用性更强，调频效果更好。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种风电机组调频装置的示意图。

图2是本发明提供的一种风电机组调频方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种风电机组调频方法，包括：飞轮储能调频控制模块1、综合减载控制模块2以及综合惯性控制模块3，所述综合减载控制模块2包括超速减载控制22以及变桨控制21，所述综合惯性控制模块3包括下垂控制31以及虚拟惯性控制32；

风速模式判定模块将风速模式分为超低风速、低风速、中风速和高风速四个模式。

当超低风速模式时，假设超低风速和低风速的分界点风速v1，给定一个切入风速vcut_in和切出风速vcut_out，超低风速的风速范围为{vcut_in，v1}。设置一个合理的超低风速系数a，a的范围为{0,0.3}，可得v1＝vcut_in+a*(vcut_out-vcut_in)。

将频率变化量输入至所述飞轮储能调频控制模块1，飞轮储能调频控制起作用，将频率变化量作为输入变量及时响应系统频率变化，在风速较小时释放功率，平滑风电机组的输出量，稳定电网频率，得到第一输出量。假设飞轮储能调频控制第一输出量为pg，并网点设定有功功率为pset，风电机组输出量为pw，可得到pg＝δf*kg+pset-pw，其中频率偏差δf＝f-fref，f为实测频率，fref为频率参考值，kg为飞轮比例系数。

超速减载控制22以及变桨控制21均失效，由于风速很小，风电机组运行在最功率跟踪点输出功率仍然有限，为了提高风电机组效率，综合减载模块控制不起作用，即将变桨控制21的输入变量减载量d1％和超速减载控制22的输入变量减载量d2％设置为0。

下垂控制31以及虚拟惯性控制32失效，综合惯性控制模块3本质上是利用风机转子中蕴含的动能去弥补风机的频率响应能力，使风机具有一定的惯性响应能力。在系统频率突然升高的情况下，综合惯性控制模块3是一个先减速再增速的过程，因为风速为超低风速，再减速可能会到达到vcut_in，从而导致风机失速被切除，为了避免此情况的发生，则综合惯性控制模块3失效，即下垂控制31比例系数kpf和虚拟惯性控制32比例系数kdf为0。

当低风速模式时，假设低风速和中风速的分界点风速为v2，低风速的风速范围{v1，v2}。假设风电机组减载量为d％，v2的求取条件为在低风速模式下仅通过超速减载控制22就可以实现风电机组预留d％*pmppt参与有功调频。假设风机转子最大转速ωmax，根据超速减载控制22p-ω曲线，得到此时的有功功率p，根据公式p＝(1-d％)*pmppt反推此时对应的最大功率值pmppt,再根据公式pmppt＝f(β,v,ω)反推得到此时的风速v，则得到低风速模式和中风速模式的分界风速v2＝v。原则上应保证v2>v1，否则减小超低风速系数a的值。

将频率变化量输入至所述飞轮储能调频控制模块1，功率设定环节失效，得到第二输出量，即第二输出量pg＝δf*kg。

将所述超速减载控制22的减载量d2％与最大功率跟踪输出输入至综合控制模块，根据超速减载控制22p-ω曲线，得到风机转子转速参考值ωref。综合减载控制中变桨控制21不起作用，变桨控制21的减载量设置为0，假设风电机组减载量为d％，则令d2％＝d％，d1％＝0，得到第三输出量。

综合惯性控制模块3的下垂控制31和虚拟惯性控制32均起作用，由于风速为低风速，综合惯性控制模块3设置一个小于等于1的第一调整系数b(b≤1)，第一调整系数用于调整下垂控制31比例系数设以及虚拟惯性控制32比例系数，下垂控制31比例系数基准值为kpf0和虚拟惯性控制32比例系数基准值为kdf0，在下垂控制31比例系数基准值为kpf＝b*kpf0，虚拟惯性控制32比例系数基准值为kdf＝b*kdf0。在风速为低风速的情况下，通过设定比例系数b使得综合惯性控制输出得到的第四输出量δp变小，从而避免了因调整过程中风速过低而导致风机失速切机情况的发生。

当中风速模式时，假设中风速和高风速的分界点风速为v3，中风速的风速范围{v2，v3}，v3为超速减载控制22可用范围的风速上限。按照公式求解，其中ωmax为风机转子转速上限，r为风机风轮半径，n为齿轮箱变速比，λopt为最优叶尖速比。

飞轮储能调频控制模块1失效，即飞轮比例系数kg＝0；综合减载控制模块2中超速减载控制22和变桨控制21同时起作用，减载量满足d1％+d2％＝d％，d1％和d2％随着风速的变化而变化，原则是优先采用超速减载控制22，假设风速为v，v的范围为{v2，v3}，则d2％＝1-d1％。以最大功率跟踪输出量pmppt、变桨控制21减载量d1％和超速减载控制22减载量d2％作为输入变量，输出变量为综合减载控制模块2输出的第五输出量pω。

下垂控制31比例系数设置为第一基准值kpf＝kpf0，虚拟惯性控制32比例系数设置为第二基准值kdf＝kdf0，将频率偏差δf以及频率变化作为输入综合惯性控制模块3，得到第六输出量δp。

当高风速模式时，高风速的风速范围为{v3，vcut_out}，飞轮储能调频控制模块1失效，即飞轮比例系数kg＝0，在高风速情况下依靠风电机组调频即可以满足调频需求。

综合减载控制只采用变桨控制21，即令减载量d1％＝d％，变桨控制21的减载量d1％以及最大功率跟踪输出量pmppt输入至综合减载控制模块2，根据公式β'＝f(pmppt,d1％,β0)求得变桨控制21的第七输出量β'，其中β0为初始桨距角。由于受到最大转子转速限制，此时超速减载控制不起作用。

综合惯性控制的下垂控制31和虚拟惯性控制32均起作用，综合惯性控制模块3设置一个大于1且小于等于1.5的第二调整系数c，c的范围为{1,1.5}，第二调整系数用于调整下垂控制31比例系数设以及虚拟惯性控制32比例系数，下垂控制31比例系数kpf＝c*kpf0，虚拟惯性控制32比例系数kdf＝c*kdf0，将频率偏差以及频率变化输入综合惯性控制模块3，得到第八输出量。

在不同风速模式下，充分利用飞轮储能调频控制模块1进行调频，稳定系统频率。在超低风速模式下，利用飞轮储能调频控制模块1调频，而让综合减载控制模块2以及综合惯性控制模块3失效，利用飞轮储能模块平滑风电机组出力的同时，避免了因综合惯性控制模块3导致风机失速切机；

在低风速模式下，飞轮储能调频控制模块1仍然参与调频，但令其功率设定环节失效,综合减载控制模块2中的超速减载控制起作用，变桨控制21失效，由于风速仍然比较低，为了保证风机稳定运行，适当降低综合惯性控制模块3的附加输出有功功率，设置第一调整系数减小下垂控制31和虚拟惯性控制32比例系数；

在中风速模式下，飞轮储能调频控制模块1调频控制失效，合利用超速减载控制22和变桨控制21调频，下垂控制31和虚拟惯性控制32起作用，下垂控制31比例系数与第一基准值相等，虚拟惯性控制32比例系数与第二基准值相等；

高风速模式下，飞轮储能调频控制模块1失效，超速减载控制22失效，采用变桨控制21实现减载控制调频，为了提高风电机组的调频能力，设置第二调整系数增大下垂控制31和虚拟惯性控制32比例系数，综合考虑了对不同风速的情况进行调频，通过飞轮储能调频控制模块1、综合减载控制模块2以及综合惯性控制模块3之间的相互配合对不同风速进行调频，使得电网频率稳定。

本发明设计了风速判定模块，将风速分为超低风速、低风速、中风速和高风速四个模式，使得调频更加方便，实用性更强，调频效果更好。

参见图1，本发明另一实施例对应提供了一种风电机组调频装置，包括：

风速判定模块，用于对风速进行判断；

飞轮储能调频控制模块1，用于在超低风速和低风速模式下对风电机组进行调频；

综合减载控制模块2，用于在低风速、中风速以及高风速模式下对风电机组进行调频；

综合惯性控制模块3，用于低风速、中风速以及高风速模式下对风电机组进行调频。

本发明另一实施例提供了一种风电机组调频终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的一种风电机组调频方法。

本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的一种风电机组调频方法。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述一种风电机组调频终端设备中的执行过程。

所述一种风电机组调频终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述一种风电机组调频终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是一种风电机组调频终端设备的示例，并不构成对一种风电机组调频终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种风电机组调频终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种风电机组调频终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种风电机组调频终端设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种风电机组调频终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述一种风电机组调频终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。