组可利用的最大有功功率Pmnax，故风电场可输出的最大有功功率：
[0059]为了满足电网的有功需求Pd，PjP风电场最大有功功率P_x之间的差值P_d，即 为需由风电场储能系统吸收或补偿的有功功率。
[0060] Pessd=P_x_Pd〈3>;
[0061] 另一方面，超级电容型储能系统的存储能力取决于其容量(；@以及电压VMS1。在 正常运行状态下，v%sie(vinin，vinax)，其中Vinin和Vina;^v别表示最小和最大运行电压。储 能系统和风电机组之间可交换的最大功率P__x可表示为：
[0062] Pessimax=土C capVessi | Vessi' |max〈4>;
[0063] 其中|V_' |_表示超级电容器组最大电压变化率，其与超级电容器组工作电流 限制有关。公式中，正号表示储能系统补偿风电机组直流母线上不足的功率，负号表示储能 系统存储直流母线上多余的功率。符号的确定依赖于风电机组功率指令和机侧整流器实际 输出功率之间的差值，若风电机组接收到的功率指令大于机侧整流器输出的功率，则P__x 为正值；若风电机组接收到的功率指令小于机侧整流器输出的功率，则P__x为负值。此 外，储能系统必须工作在vessie[Vinun，Viniax]的条件下，否则储能系统将不能参与风电机组 的功率调节。
[0064] (2)直流风电场有功控制中心分析储能系统能否满足电网有功调度指令要求，从 而确定直流风电机组的有功控制指令。保证各台风电机组发出的功率按照指定的功率指令 变化，使整个风电场发出的功率满足电网调度的要求。
[0065] 定之后，风电场储能系统和风电机组之间可交换的总最大功率：
[0067] 当P__可以满足有功指令和风电场可用功率之间的差值P_d，即 U彡|Ρ__Ι时，各直流风电机组的功率指令可表示为：
[0068] Pel* =Pe^ax-a! *Pessd<6> ；
[0069] 其中，系数ai表示为：
[0070] ax=Pessinax ·Pessnaxk7> ；
[0071 ]且a!，a2,a3, · · ·，aN之和为 1。
[0072] 当|Pessd| > |Pess_|时，只调节储能系统不能完全满足风电场功率调度的需求，此 时应考虑对风电机组的发电功率进行调节。若P_d> 〇,风电机组的储能系统吸收有功功 率，此时所有发电机发出的有功功率之和的参考值P3为：
[0073] Pe* =Pd+Pessnax〈8> ;
[0074] 各直流风电机组输出的有功功率参考值：
[0075]Pel* = ；
[0076] 其中系数匕表示为：
[0077]b^P^-P^klO)；
[0078] 各风电机组在收到风电场控制中心的功率指令后，一方面控制机侧整流器降低发 电机的出力，另一方面控制风力机的变桨系统增大叶片的桨距角，减小风力机吸收的风能， 降低风力机和机侧整流器之间的功率不平衡度。
[0079] 若P_d< 0,则电网所需的功率大于发电机和储能系统所能提供的功率之和。此 时风电机组应进彳丁最大风能追踪，储能系统向直流母线提供有功功率，且发电机和储能系 统发出的功率之和不能超过直流风电机组DC/DC变换器的最大容量。一般情况下，系统进 行功率调度时，会结合风电的功率预测进行，考虑风电场在风速波动情况下的发电能力，应 尽量避免|p_d| > |Ρ__Ι时，P_d< 0的情况出现。由于风电场采用直流集电系统并考 虑到简化控制，故机侧整流器的q轴电流参考值设为0。
[0080] 下面结合一个仿真算例对本发明实现的控制方法做进一步说明。
[0081] 仿真算例系统的风电场如附图3所示。直流风电机组容量为2. 5丽，额定风速 13. 2m/s，风电机组直流母线电压为2kV，风电机组DC/DC变换器输出电压为20kV，共有6台 风电机组并联连接到DC/DC变换站上，经DC/DC变换站升压之后采用HVDC传输方式输送到 并网点处，整个风电场额定容量为15MW。汇集系统直流母线电压由DC/DC变换站控制。风 电机组所用储能系统设计成可连续提供20%的永磁同步发电机额定功率60s，且储能系统 的最大充放电功率设定为±0. 7MW。
[0082] 设定各台风电机组的风速均在在13m/s±2m/s内波动，且风电机组之间风速均不 相同，以模拟实际风电场风速变化，如附图4所示为1号风电机组的风速曲线。
[0083] 附图5中显示了 1号风电机组接收到的有功指令Pel*、风电机组实际输出的有功 功率匕以及发电机输出的有功功率随时间的变化情况。从图中可以看到，风速的波动 会造成发电机输出功率变化，风电机组的输出功率可以较好地跟随风电机组输出功率参考 值变化。在图中所示，有功指令P，和有功功率L的曲线重合。附图6显示了 1号风电机 组储能系统的充放电功率。
[0084] 各个直流风电机组输出功率之和等于？_，如附图7所示，电网调度指$Pd和直流 风电场输出功率随时间变化。由图可知，在一定的功率范围内，P_可满足P4勺变化需 求，实现了本发明提出的控制方法。
[0085] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的【具体实施方式】 进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申 请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种直流并联型风电场有功协调控制方法，所述风场包括设有储能系统的直流风电 机组；其特征在于：所述方法包括： 确定电网的有功调度指令，并获取直流风电场内每台风电机组的运行状态，从而确定 风电机组的可利用最大有功功率； 确定储能系统的运行状态，从而确定直流风电场的运行状态； 根据电网的有功需求和风电场最大有功功率确定需要调节的有功功率； 所述需要调节的有功功率与储能系统容量比较，确定各个储能系统控制信号，并确定 是否需要调节直流风电机组的有功功率；并生成直流风电机组的有功功率控制信号，完成 有功功率控制。2. 如权利要求1所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：所述 直流风电机组运行状态包括直流风电机组的风速、有功输出值、基于当前风速的最大有功 输出值以及有功调节范围。3. 如权利要求1或2所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于： 所述储能系统工作状态包括储能系统可吸收的有功功率值和可发出的有功功率值。4. 如权利要求2所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：根据 查表法，利用最优转速查出对应的风电机组可利用的最大有功功率P mnax，故风电场可输出 的最大有功功率P_XS :其中，N表示并联风电机组个数。5. 如权利要求4所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：根据 测得的第i个风电机组的风速Vwi确定对应的最优转速ω icipt。6. 如权利要求4所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：为了 满足电网的有功需求Pd，PjP风电场最大有功功率P _x之间的差值P ，即，需通过风电场 储能系统吸收或补偿的有功功率，为：7. 如权利要求6所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：储能 系统的存储能力取决于其容量(；@以及电压V _1;在正常运行状态下，V essl e (V inun，Viniax)， 其中，Viniin和Viniax分别表示最小和最大运行电压；储能系统和风电机组之间交换的最大功 Pessimax 表示为：其中，lLsl' |_表示储能系统最大电压变化率，正号表示储能系统补偿风电机组直流 母线上不足的功率，负号表示储能系统存储直流母线上多余的功率，若风电机组接收到的 功率指令大于机侧整流器输出的功率，则P essiniax为正值；若风电机组接收到的功率指令小 于机侧整流器输出的功率，则PessiniaxS负值；储能系统须工作在V MSie [V inun，ViniaJ的条件 下，否则储能系统将不能参与风电机组的功率调节。8. 如权利要求7所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：当 PMS1_确定之后，储能系统和风电机组之间可交换的总最大功率为P当1^_满足有功指令和风电场可用功率之间的差值P_d，即|p_d|彡|P__I时，各 直流风电机组的功率指令表示为Pel* :其中，系数S1表示为：冃.￡11,?,?,..., 和为 1。9. 如权利要求8所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：当时，只调节储能系统不能满足风电场功率调度的需求，此时对风电机组的 发电功率进行调节；若P_d> 〇,储能系统吸收有功功率，此时所有发电机发出的有功功率 之和的参考值Pf3*为：各直流风电机组输出的有功功率参考值：其中，系数h表示为：各风电机组在收到风电场控制中心的功率指令后，控制机侧整流器降低发电机的出 力，且控制风力机的变桨系统增大叶片的桨距角，减小风力机吸收的风能，降低风力机和机 侧整流器之间的功率不平衡度。10. 如权利要求9所述的一种直流并联型风电场有功协调控制方法，其特征在于：若 P_d< 〇,则电网所需的功率大于发电机和储能系统所能提供的功率之和；此时风电机组 进行最大风能追踪，储能系统向直流母线提供有功功率，且发电机和储能系统发出的功率 之和不能超过直流风电机组DC/DC变换器的最大容量；电力系统调度机构进行功率调度 时，会结合风电的功率预测进行，考虑风电场在风速波动情况下的发电能力，避免|P_ d| >的情况出现。
【专利摘要】本发明涉及一种直流并联型风电场有功协调控制方法，风场包括设有储能系统的直流风电机组；所述方法包括确定电网的有功调度指令，获取直流风电场内风电机组的运行状态，确定风电机组的可利用最大有功功率；确定储能系统的运行状态，确定直流风电场的运行状态；分析储能系统能否满足电网有功调度指令要求，从而确定直流风电机组的有功控制指令。保证风电机组发出的功率按照指定的功率指令变化，使风电场发出的功率满足电网调度的要求。本发明技术方案综合考虑电网需求、风电机组运行状态以及储能系统的工作状态，向各直流风电机组发送功率指令，通过调节各发电机和储能系统的输出功率，使得风电场输出的有功功率可在一定范围满足电网的需求。
【IPC分类】H02J3/46, H02J3/28
【公开号】CN105356490
【申请号】CN201510881669
【发明人】李琰, 刘超, 迟永宁, 魏林君, 王真, 汤海雁, 苏媛媛, 张占奎, 梁伟
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月3日