本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)新能源發(fā)電技術領域，尤其涉及一種基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法。

背景技術：

高比例的風電接入給電網(wǎng)的功率平衡和頻率穩(wěn)定帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。由于主流的變速變槳距風力發(fā)電機組實現(xiàn)系統(tǒng)頻率和風機轉(zhuǎn)速的解耦控制，無法響應系統(tǒng)頻率變化，因此大規(guī)模的風電接入將會降低系統(tǒng)慣量水平，造成調(diào)頻能力降低。特別是風電場為低壓配電網(wǎng)絡供電時，風電場輸出功率隨機性的波動帶來的頻率問題更加突出，因此越來越多電網(wǎng)運行規(guī)范要求風電場像常規(guī)同步發(fā)電機組一樣提供輔助性的調(diào)頻措施。目前，適用于高比例風機接入網(wǎng)絡的調(diào)頻方法主要為風機的切機方法與下垂控制方法兩種?；谥鲗эL電場的高頻切機方案無法避免切除機組與風機重新并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的沖擊；而結(jié)合比例微分控制器的下垂控制，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)風機模擬慣性響應，但是過于依賴系統(tǒng)頻率的實時變化，因此調(diào)頻過程中風機輸出功率波動較大，缺乏可控性，同時下垂控制參數(shù)設計不易。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于變速風電機組的風電場調(diào)頻控制方案，通過風電場減載運行留取電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用，基于電網(wǎng)功率擾動大小作為響應參數(shù)合理選擇風電場進行緊急功率控制實現(xiàn)風電場調(diào)頻。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法，包括以下步驟：

步驟1、風電場減載運行并為電網(wǎng)提供調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用；

步驟2、風電場正常運行時，實時監(jiān)測電網(wǎng)與風電場功率平衡與備用狀態(tài)；

步驟3、電網(wǎng)發(fā)生功率突變時，判斷是否觸發(fā)風電場調(diào)頻措施；

步驟4、依據(jù)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離，選取參與調(diào)頻的風電場；

步驟5、計算風電場緊急功率支援容量；

步驟6、進行緊急功率控制。

在上述的基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法中，所述風機調(diào)頻控制方法的實現(xiàn)包括以下具體步驟：

步驟1.1，風電場減載運行，通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，減載運行后的棄風能作為調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用；

步驟2.1，實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，包括電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量ssyn,res，各個并網(wǎng)風電場備用容量sn,res以及電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量pc；

步驟3.1，判斷觸發(fā)條件，當電網(wǎng)產(chǎn)生的功率擾動值大于閾值時，觸發(fā)風電場有功調(diào)頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發(fā)條件時閉鎖風電場調(diào)頻裝置；

步驟4.1，選擇調(diào)頻風電場，根據(jù)并網(wǎng)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離，從小到大選取投入調(diào)頻的風電場，選取的風電場數(shù)量需滿足電網(wǎng)預期最大功率缺額pshort小于0，計算公式為：

pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)，

(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；

步驟5.1：計算緊急功率控制容量，根據(jù)各個風電場備用容量的比值來分配參與調(diào)頻的風電場緊急升功率容量，則單一風電場n緊急功率控制容量為：

(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；

步驟6.1：緊急功率控制，根據(jù)步驟4.1選取的調(diào)頻風電場以及步驟5.1計算的緊急功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1.1的逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統(tǒng)一次調(diào)頻過程。

在上述的基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法中，步驟1.1所述風電場減載控制包括通過增加轉(zhuǎn)速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調(diào)度指令值。

在上述的基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法中，步驟3.1所述觸發(fā)條件判斷包括電網(wǎng)功率缺額與功率過剩兩種，觸發(fā)閾值的選擇可以為電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關系的數(shù)值。

在上述的基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法中，步驟5.1所述計算緊急功率控制容量，依據(jù)風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。

本發(fā)明的有益效果：

1.通過風電場減載運行將棄風能作為電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用，提供風電場發(fā)電效益。

2.觸發(fā)條件判斷中，將系統(tǒng)備用容量總和作為觸發(fā)閾值，降低風電場調(diào)頻操作的靈敏度避免其頻繁觸發(fā)，降低設備損耗。

3.依據(jù)電氣距離選取參與調(diào)頻的風電場，降低長距離電功率傳輸?shù)膿p耗。

4.將電網(wǎng)初始功率缺額量作為調(diào)頻控制參數(shù)，能夠快速將風電場功率輸出調(diào)整至理想值，調(diào)頻方案具有可控性和快速性的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例風機調(diào)頻控制流程圖；

圖2為本發(fā)明一個實施例中1、2、3、4號風電場接入三機九節(jié)點示意圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例電網(wǎng)功率突變后，風機調(diào)頻控制方法與電網(wǎng)傳統(tǒng)一次調(diào)頻控制對比效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。

所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其它工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術語“相連”“連接"應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。

本實施例采用以下技術方案來實現(xiàn)，一種基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法，包括以下步驟：

步驟1、風電場減載運行并為電網(wǎng)提供調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用；

步驟2、風電場正常運行時，實時監(jiān)測電網(wǎng)與風電場功率平衡與備用狀態(tài)；

步驟3、電網(wǎng)發(fā)生功率突變時，判斷是否觸發(fā)風電場調(diào)頻措施；

步驟4、依據(jù)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離，選取參與調(diào)頻的風電場；

步驟5、計算風電場緊急功率支援容量；

步驟6、進行緊急功率控制。

進一步，所述風機調(diào)頻控制方法的實現(xiàn)包括以下具體步驟：

步驟1.1，風電場減載運行，通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，減載運行后的棄風能作為調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用；

步驟2.1，實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，包括電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量ssyn,res，各個并網(wǎng)風電場備用容量sn,res以及電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量pc；

步驟3.1，判斷觸發(fā)條件，當電網(wǎng)產(chǎn)生的功率擾動值大于閾值時，觸發(fā)風電場有功調(diào)頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發(fā)條件時閉鎖風電場調(diào)頻裝置；

步驟4.1，選擇調(diào)頻風電場，根據(jù)并網(wǎng)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離，從小到大選取投入調(diào)頻的風電場，選取的風電場數(shù)量需滿足電網(wǎng)預期最大功率缺額pshort小于0，計算公式為：

pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)，

(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；

步驟5.1：計算緊急功率控制容量，根據(jù)各個風電場備用容量的比值來分配參與調(diào)頻的風電場緊急升功率容量，則單一風電場n緊急功率控制容量為：

(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；

步驟6.1：緊急功率控制，根據(jù)步驟4.1選取的調(diào)頻風電場以及步驟5.1計算的緊急功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1.1的逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統(tǒng)一次調(diào)頻過程。

進一步，步驟1.1所述風電場減載控制包括通過增加轉(zhuǎn)速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調(diào)度指令值。

進一步，步驟3.1所述觸發(fā)條件判斷包括電網(wǎng)功率缺額與功率過剩兩種，觸發(fā)閾值的選擇可以為電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關系的數(shù)值。

更進一步，步驟5.1所述計算緊急功率控制容量，依據(jù)風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。

具體實施時，為解決當前依賴系統(tǒng)頻率變化反饋的風電場下垂控制方案調(diào)頻過程缺乏可控性與快速性問題，在電網(wǎng)功率突變時，將電網(wǎng)功率擾動大小自身作為響應參數(shù)對風電場的緊急功率控制，從而提高高比例風電接入網(wǎng)絡的頻率穩(wěn)定性。

本實施例提供適用于變速風電機組的風電場調(diào)頻控制方案。通過風電場減載運行留取電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用，基于電網(wǎng)功率擾動大小作為響應參數(shù)合理選擇風電場進行緊急功率控制實現(xiàn)風電場調(diào)頻。

如圖1所示，基于功率擾動值響應的風機調(diào)頻控制方法，包括以下步驟：

s1，風電場減載運行:通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，即通過增加轉(zhuǎn)速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調(diào)度指令值，減載運行后的棄風能作為調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用；

s2，狀態(tài)監(jiān)測：實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，包括電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量ssyn,res，各個并網(wǎng)風電場備用容量sn,res以及電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量pc。

s3，觸發(fā)條件判斷：當電網(wǎng)產(chǎn)生的功率缺額大于同步發(fā)電機組備用有功容量的總和時，觸發(fā)風電場有功調(diào)頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發(fā)條件時閉鎖風電場調(diào)頻裝置；觸發(fā)條件包括電網(wǎng)功率缺額與功率過剩兩種的情況，對于觸發(fā)閾值的選擇可以為電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關系的數(shù)值。

s4，選擇調(diào)頻風電場：依據(jù)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離大小來選擇合適的風電場參與調(diào)頻；同時為了調(diào)頻快速性，使用電網(wǎng)初始擾動時刻最大功率缺額量來判斷投入風電場的容量。

依據(jù)并網(wǎng)風電場與擾動節(jié)點的電氣距離，從小到大選取投入調(diào)頻的風電場，選取的風電場數(shù)量需保證電網(wǎng)預期最大功率缺額pshort小于0，電網(wǎng)預期最大功率缺額計算公式為：

pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)

(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；

s5：緊急功率控制容量計算：依據(jù)風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。

依據(jù)各個風電場備用容量比值來分配參與調(diào)頻的風電場緊急升功率容量，則某單一風電場n緊急功率控制容量為：

(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個并網(wǎng)風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網(wǎng)功率突變時系統(tǒng)功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；

s6：緊急功率控制：依據(jù)步驟4、5選取的調(diào)頻風電場以及相應的緊急升功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統(tǒng)一次調(diào)頻過程。

實施例：某三機九節(jié)點系統(tǒng)接入1、2、3、4號風電場，并網(wǎng)示意圖如圖2所示，電網(wǎng)中負荷總量為325mw。負荷突增時風電場調(diào)頻控制方法包括以下步驟：

1、狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測電網(wǎng)運行參數(shù)，得到電網(wǎng)同步發(fā)電機組備用容量總和為25mw，風電場備用容量與相關運行參數(shù)如表1，擾動時刻系統(tǒng)功率缺額35mw；

表1

2、觸發(fā)條件判斷。電網(wǎng)功率缺額大于電網(wǎng)內(nèi)同步機組備用容量值，故本次功率擾動觸發(fā)風電場緊急功率控制；

3、選取調(diào)頻風電場。計算系統(tǒng)最大功率缺額為10mw，根據(jù)電氣距離從小到大選擇原則，則選取1與3號風電場參與調(diào)頻；

4、緊急功率控制容量計算。根據(jù)風電場備用容量比值來分配風電場緊急功率支援容量，如表2所示。

表2

5、緊急升功率控制。根據(jù)表2控制風電場輸出功率，實現(xiàn)風電場調(diào)頻，對比傳統(tǒng)同步機組一次調(diào)頻手段，效果如圖3所示。通過對圖3分析，可以得到對比傳統(tǒng)調(diào)頻手段，采用本實施例的風機調(diào)頻控制方法后系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏移從0.11hz減小為0.7hz，減小36.4％；此外風電場緊急功率控制操作能夠減小系統(tǒng)頻率波動時間與穩(wěn)態(tài)頻率偏差值，即提高了系統(tǒng)擾動后頻率穩(wěn)定性。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域普通技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。