一种风电场的频率支撑方法、装置和风电场

本发明属于新能源发电并网，更具体地，涉及一种风电场的频率支撑方法、装置和风电场。

背景技术：

1、近年来，风力发电成为可再生能源的热点。包括我国在内的许多国家均要求风电机组具备支撑电网频率的能力，即调频能力。由于受地理位置分布和风速风向的影响，在一个风电场内不同位置的风机转速不同，因此不同风机的调频能力不同，若采用均一化调频策略，则可能出现调频能力弱的风机调频出力过度进而提前退出运行。

2、现有风电场内的风机大多采用具备电流源特性的跟网型控制方案，在电网频率事件发生后，通过附加下垂控制或惯性控制等控制转子转速，释放或吸收转子动能参与频率调节。随着新能源并网容量的增加，电力系统短路比下降，电网强度减弱。单纯的跟网型风电场在弱电网下难以稳定运行。因此，越来越多的具备同步发电机特性的构网型风机接入风电场，形成跟网、构网型风机混合的风电场。由于跟网型风机与构网型风机的控制方案存在显著差异，现有方案中两者独立调频，其调频策略难以统一。

3、因此，若可以使含构网型风机的风电场中跟网或构网风机均根据自身调频能力合理分配调频功率，将提升风电场的整体调频能力。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种风电场的频率支撑方法、装置和风电场，其目的在于设计一种能够反应风机调频能力的状态量记为调频一致性因子，控制各风机与相邻排序的两个风机交换一致性因子，各风机将自身一致性因子与相邻两风机的一致性因子通过pi环节生成一致性附加功率，并根据一致性附加功率调节实时调频出力，使得风电场内各风机在频率支撑过程中状态相似，从而实现频率支撑功率的合理分配，在避免风机出力过度的同时提升电网频率最低点，由此解决现有风电场的整体调频能力差往往存在风机出力过度的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种风电场的频率支撑方法，包括：

3、s1：对风电场内的各个风机进行排序，所述风电场包括由有功功率环产生相角的构网型风机；

4、s2：实时检测风机的并网母线频率和各风机的转速，当所述并网母线频率不在第一频率阈值和第二频率阈值构成的安全范围内时，启动一致性频率支撑控制；

5、s3：当所述并网母线频率大于所述第一频率阈值时，根据各风机的实时转速与转速上下限计算向下调频的一致性因子；当频率小于所述第二频率阈值时，根据各风机的实时转速与所述转速上下限计算向上调频的一致性因子；

6、s4：控制各风机与相邻排序的两个风机交换一致性因子；

7、s5：控制各风机将自身一致性因子与相邻两风机的一致性因子通过pi环节生成一致性附加功率，从而进行频率支持；对于构网型风机，其一致性附加功率添加至风机控制器的有功功率环生成相角。

8、在其中一个实施例中，所述s1包括：

9、s11：任选一台风机编号为1，测试1号风机与其余风机的通信时间，通信时间最短的编号为2号风机；

10、s12：测试2号风机与其余未编号风机的通信时间，通信时间最短的编号为3号风机，以此类推完成所述风电场内所有风机的编号。

11、在其中一个实施例中，所述s4包括：

12、控制各风机与左右相邻排序的两个风机交换一致性因子；

13、其中，1号风机与n号风机、2号风机交换一致性因子；n号风机与1号风机、n-1号风机交换一致性因子，n为所述风电场内风机的总数。

14、在其中一个实施例中，所述s3包括：

15、s31：当所述并网母线频率大于所述第一频率阈值时，利用公式计算各风机向下调频的一致性因子；

16、s32：当频率小于所述第二频率阈值时，利用公式计算各风机向上调频的一致性因子；

17、其中，ωr,i0为启动风电场一致性频率支撑控制时刻风机i的转子转速，ωr,i为风机i的实时转子转速，ωr,max为转子转速上限；ωr,min为转子转速下限。

18、在其中一个实施例中，所述第一频率阈值设置为1.001pu，所述第二频率阈值设置为0.999pu。

19、在其中一个实施例中，所述s5还包括：

20、对于跟网型风机，其一致性附加功率添加至风机控制器d轴外环生成有功电流；所述跟网型风机由锁相环提供相角。

21、在其中一个实施例中，所述s5中各风机将自身一致性因子与相邻两风机的一致性因子通过pi环节生成一致性附加功率，包括：

22、利用公式计算各风机的一致性附加功率δpref,i(t)；其中，kp,i为pi控制器比例系数，ki,i为pi控制器积分系数。

23、按照本发明的另一方面，提供了一种风电场的频率支撑装置，包括：

24、排序模块，用于对风电场内的各个风机进行排序，所述风电场包括由有功功率环产生相角的构网型风机；

25、检测模块，用于实时检测风机的并网母线频率和各风机的转速，当所述并网母线频率不在第一频率阈值和第二频率阈值构成的安全范围内时，启动一致性频率支撑控制；

26、计算模块，用于当所述并网母线频率大于所述第一频率阈值时，根据各风机的实时转速与转速上下限计算向下调频的一致性因子；当频率小于所述第二频率阈值时，根据各风机的实时转速与所述转速上下限计算向上调频的一致性因子；

27、控制模块，用于控制各风机与相邻排序的两个风机交换一致性因子；

28、支撑模块，用于控制各风机将自身一致性因子与相邻两风机的一致性因子通过pi环节生成一致性附加功率，从而进行频率支持；对于构网型风机，其一致性附加功率添加至风机控制器的有功功率环生成相角。

29、按照本发明的另一方面，提供了一种风电场，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

30、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

31、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

32、(1)本发明提供的风电场的频率支撑方法，设计一种能够反应风机调频能力的状态量记为调频一致性因子，控制各风机与相邻排序的两个风机交换一致性因子，各风机将自身一致性因子与相邻两风机的一致性因子通过pi环节生成一致性附加功率，并根据一致性附加功率调节实时调频出力，使得风电场内各风机在频率支撑过程中状态相似，从而实现频率支撑功率的合理分配，在避免风机出力过度的同时提升电网频率最低点，由此解决现有风电场的整体调频能力差往往存在风机出力过度的技术问题。

33、(2)本方案通过测试各风机间的最短通信时间进行编号，可减少风机在调频时的通信延时，提升风电场整体调频能力。

34、(3)本方案将编号设置成环形，控制各风机与左右相邻排序的两个风机交换一致性因子；1号风机与n号风机、2号风机交换一致性因子；n号风机与1号风机、n-1号风机交换一致性因子，能够使得绝大部分风机能够与自己通信延时最短的风机交互，缩短频率支撑控制的响应时间，提升各风机调频能力。

35、(4)本方案根据转子转速设计的一致性因子可以反映出各风机调频能力的变化，一致性因子变大意味着剩余的调频能力变小。

36、(5)本方案通过设置一致性控制启动阈值可以避免控制器频繁启动而带来的稳定性降低。

37、(6)本方案对于跟网型风机，其一致性附加功率添加至风机控制器d轴外环生成有功电流；所述跟网型风机由锁相环提供相角；能够实现对包括跟网型风机和构网型风机的风电场均实现稳定的频率支撑。

38、(7)本方案通过将相邻风机的一致性因子进行pi控制可以实现不同风机的一致性因子趋于一致，避免了均一化控制策略下功率分配不合理的问题，实现了风电场频率支撑能力的最大化利用。