一种海上风力发电机组的下垂控制方法、装置及介质与流程

本发明涉及海上风力发电场频率支持领域，特别是涉及一种海上风力发电机组的下垂控制方法、装置及介质。

背景技术：

1、海上风电比陆上风电的风能资源更加稳定，具有资源丰富、发电利用率高、不占用土地和适宜大规模开发的特点；海上风力发电机组是应用于海上风电的风力发电机组，随着清洁能源的大力发展，我国海上风电装机容量在过去10余年间得到了持续增长。由于风能不稳定，海上风力发电机组的输出频率、电压存在波动，将海上风力发电机组获取的电能直接接入电网时，会影响系统的稳定性，现有方式通过背靠背变换器驱动海上风力发电机组，可控制网侧变换器的输出频率与电压，在一定程度上维持系统的稳定。

2、但是，海上风力发电场常包含多个海上风力发电机组，在采用集中式频率控制与电压控制时，控制器的计算负担较大，导致海上风力发电机组输电电压、频率不一致，存在较大波动，进而影响系统的稳定性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种海上风力发电机组的下垂控制方法、装置及介质，以解决在存在多个海上风力发电机组时，无法有效维持海上风力发电机组的频率和电压的一致性稳定输出的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种海上风力发电机组的下垂控制方法，包括：

3、通过下垂控制器，对第一海上风力发电机组集中各发电机组的网侧变换器进行频率控制和电压控制；其中，所述第一海上风力发电机组集包括第一海上风力发电机组，以及与所述第一海上风力发电机组进行通信的第二海上风力发电机组集，所述下垂控制器是根据所述第一海上风力发电机组的额定频率和额定电压建立的；

4、通过频率辅助控制器和电压辅助控制器，以减小所述第二海上风力发电机组集对所述第一海上风力发电机组的输出频率影响和输出电压影响为目标，分别对所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的网侧变换器进行频率控制和电压控制。

5、本发明针对海上风力发电机组采取了下垂控制的方法，通过有功调频、无功调压的方式，对海上风力发电机组的输出频率和电压进行控制。使用下垂控制器对第一海上风力发电机组集中各发电机组进行初步频率控制和电压控制，并通过频率辅助控制器和电压辅助控制器，分别对各发电机组进行再次频率控制和电压控制，该控制方式简便快捷，针对性强。其中，下垂控制器是根据第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定频率和额定电压建立的，能够针对各发电机组本身进行频率和电压控制，防止第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率和电压出现波动性大、电压不正常或者频率过高等问题。频率辅助控制器和电压辅助控制器分别是通过减小第二海上风力发电机组集中各发电机组对第一海上风力发电机组的输出频率和输出电压影响而建立的，因此能够使所有发电机组的输出频率、输出电压具有一致性，让第一海上风力发电机组集中的各发电机组输出恰当且稳定的频率和电压。

6、相比于现有技术，本发明通过下垂控制器、频率辅助控制器和电压辅助控制器对海上风力发电场中的所有海上风力发电机组形成了全方位的输出频率和电压控制，通过分层控制的形式首先对各发电机组进行控制，再在减小发电机组相互之间影响的情况下对各发电机组进行再次控制，以保持各发电机组的一致性，所以能够解决在存在多个海上风力发电机组时，无法有效维持海上风力发电机组的频率和电压的一致性稳定输出的问题。

7、作为优选方案，所述下垂控制器是根据所述第一海上风力发电机组的额定频率和额定电压建立的，具体为：

8、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定频率，通过考虑各发电机组有功功率的影响，并结合预设的有功功率下垂系数，建立频率控制方程；

9、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定电压，通过考虑各发电机组无功功率的影响，并结合预设的无功功率下垂系数，建立电压控制方程；

10、由所述频率控制方程和所述电压控制方程构成所述下垂控制器。

11、本优选方案阐述了下垂控制器的构建过程，由于下垂控制器为第一层控制器，是对第一海上风力发电机组集中各发电机组进行控制，所以仅与各发电机组自身的参数有关；分别通过利用各发电机组关于频率和电压这两方面的参数建立频率控制方程和电压控制方程，以构成下垂控制器，能够对第一海上风力发电机组集中各发电机组的网侧变换器进行频率控制和电压控制，防止各发电机组的输出频率和电压出现波动性大、电压不正常或者频率过高等问题。

12、作为优选方案，所述有功功率下垂系数和所述无功功率下垂系数具体为：

13、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定频率，通过消除各发电机组的频率最小允许值，并结合最大有功功率，建立所述有功功率下垂系数；

14、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定电压，通过消除各发电机组的电压最小允许值，并结合最大无功功率，建立所述无功功率下垂系数；

15、其中，所述最大有功功率是所述第一海上风力发电机组集中各发电机组工作在所述频率最小允许值时所对应的最大有功功率输出，所述最大无功功率是所述第一海上风力发电机组集中各发电机组工作在所述电压最小允许值时所对应的最大无功功率输出。

16、作为优选方案，所述频率辅助控制器具体为：

17、根据频率增益，以最小化所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对所述第一海上风力发电机组的输出频率的影响为目标，并以最小化所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率与频率参考值之间的误差为目标，建立频率表达式；

18、由所述频率表达式构成所述频率辅助控制器。

19、本优选方案阐述了频率辅助控制器的构建过程，频率辅助控制器为第二层控制器的一部分，是对第一海上风力发电机组集中各发电机组再次进行频率控制；由于第二海上风力发电机组集中的各发电机组与第一海上风力发电机组是相互通信的关系，正是第二海上风力发电机组集、第一海上风力发电机组和输电系统共同构成了完整的海上风力发电机场，因此频率辅助控制器需要从整体角度考虑，构建频率辅助控制器以对第一海上风力发电机组集中各发电机组进行频率控制；

20、所以，通过考虑第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对第一海上风力发电机组的输出频率的影响，并考虑第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率与频率参考值之间的误差，来建立频率辅助控制器，能够在保持所有发电机组的输出频率一致性的同时，让输出频率向频率参考值靠拢，得到恰当的输出频率。

21、作为优选方案，所述电压辅助控制器具体为：

22、根据电压增益，以最小化所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压对所述第一海上风力发电机组的输出电压的影响为目标，并以最小化所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压与电压参考值之间的误差为目标，建立电压表达式；

23、由所述电压表达式构成所述电压辅助控制器。

24、本优选方案阐述了电压辅助控制器的构建过程，电压辅助控制器和频率辅助控制器共同构成了第二层控制器，是对第一海上风力发电机组集中各发电机组再次进行电压控制；通过考虑第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对第一海上风力发电机组的输出频率的影响，并考虑第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压与电压参考值之间的误差，来建立电压辅助控制器，能够在保持所有发电机组的输出电压一致性的同时，让输出电压向电压参考值靠拢，由于电压参考值是人为设定的，所以可以让输出电压不会出现过高或者过低的情况，以维持系统的稳定。

25、作为优选方案，所述频率表达式具体为：

26、

27、其中，cf为频率增益；表示所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对所述第一海上风力发电机组的输出频率的影响，gfi(fi―fref)表示所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率与频率参考值之间的误差；aij为第一海上风力发电机组集中第j台发电机组的邻接矩阵，fj为第二海上风力发电机组集中第j台发电机组的输出频率，fi为所述第一海上风力发电机组的输出频率，gfi为非负牵制频率增益，fref为所述频率参考值。

28、作为优选方案，所述电压表达式具体为：

29、

30、其中，cv为电压增益；表示所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压对所述第一海上风力发电机组的输出电压的影响，gfi(vi―vref)表示所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压与电压参考值之间的误差；aij为第一海上风力发电机组集中第j台发电机组的邻接矩阵，vj为第二海上风力发电机组集中第j台发电机组的输出电压，vi为所述第一海上风力发电机组的输出电压，gui为非负牵制电压增益，vref为所述电压参考值。

31、本发明还提供了一种海上风力发电机组的下垂控制装置，包括第一控制模块和第二控制模块；

32、其中，所述第一控制模块，用于通过下垂控制器，对第一海上风力发电机组集中各发电机组的网侧变换器进行频率控制和电压控制；其中，所述第一海上风力发电机组集包括第一海上风力发电机组，以及与所述第一海上风力发电机组进行通信的第二海上风力发电机组集，所述下垂控制器是根据所述第一海上风力发电机组的额定频率和额定电压建立的；

33、所述第二控制模块，用于通过频率辅助控制器和电压辅助控制器，以减小所述第二海上风力发电机组集对所述第一海上风力发电机组的输出频率影响和输出电压影响为目标，分别对所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的网侧变换器进行频率控制和电压控制。

34、作为优选方案，所述第一控制模块包括方程第一构建单元、方程第二构建单元和控制器构成单元；

35、其中，所述方程第一构建单元，用于根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定频率，通过考虑各发电机组有功功率的影响，并结合预设的有功功率下垂系数，建立频率控制方程；

36、所述方程第二构建单元，用于根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定电压，通过考虑各发电机组无功功率的影响，并结合预设的无功功率下垂系数，建立电压控制方程；

37、所述控制器构成单元，用于由所述频率控制方程和所述电压控制方程构成所述下垂控制器。

38、作为优选方案，所述有功功率下垂系数和所述无功功率下垂系数具体为：

39、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定频率，通过消除各发电机组的频率最小允许值，并结合最大有功功率，建立所述有功功率下垂系数；

40、根据所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的额定电压，通过消除各发电机组的电压最小允许值，并结合最大无功功率，建立所述无功功率下垂系数；

41、其中，所述最大有功功率是所述第一海上风力发电机组集中各发电机组工作在所述频率最小允许值时所对应的最大有功功率输出，所述最大无功功率是所述第一海上风力发电机组集中各发电机组工作在所述电压最小允许值时所对应的最大无功功率输出。

42、作为优选方案，所述第二控制模块包括控制器第一构建单元；

43、所述控制器第一构建单元，用于根据频率增益，以最小化所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对所述第一海上风力发电机组的输出频率的影响为目标，并以最小化所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率与频率参考值之间的误差为目标，建立频率表达式；

44、所述控制器第一构建单元，还用于由所述频率表达式构成所述频率辅助控制器。

45、作为优选方案，所述第二控制模块包括控制器第二构建单元；

46、所述控制器第二构建单元，用于根据电压增益，以最小化所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压对所述第一海上风力发电机组的输出电压的影响为目标，并以最小化所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压与电压参考值之间的误差为目标，建立电压表达式；

47、所述控制器第二构建单元，还用于由所述电压表达式构成所述电压辅助控制器。

48、作为优选方案，所述频率表达式具体为：

49、

50、其中，cf为频率增益；表示所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率对所述第一海上风力发电机组的输出频率的影响，gfi(fi―fref)表示所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出频率与频率参考值之间的误差；aij为第一海上风力发电机组集中第j台发电机组的邻接矩阵，fj为第二海上风力发电机组集中第j台发电机组的输出频率，fi为所述第一海上风力发电机组的输出频率，gfi为非负牵制频率增益，fref为所述频率参考值。

51、作为优选方案，所述电压表达式具体为：

52、

53、其中，cv为电压增益；表示所述第二海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压对所述第一海上风力发电机组的输出电压的影响，gfi(vi―vref)表示所述第一海上风力发电机组集中各发电机组的输出电压与电压参考值之间的误差；aij为第一海上风力发电机组集中第j台发电机组的邻接矩阵，vj为第二海上风力发电机组集中第j台发电机组的输出电压，vi为所述第一海上风力发电机组的输出电压，gui为非负牵制电压增益，vref为所述电压参考值。

54、本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机调用并执行，实现如上所述一种海上风力发电机组的下垂控制方法。