一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，該方法包括以下步驟：I、根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況確定變速風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行策略；II、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻；III、判斷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否越限；IV、激活有功頻率控制模塊；修改風(fēng)電機(jī)組有功功率設(shè)定值；V、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的控制。該方法可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組全風(fēng)速區(qū)的調(diào)頻能力，參與系統(tǒng)調(diào)頻提供有功支撐時(shí)不受運(yùn)行工況的影響，提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】—種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電技術(shù)中的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體講涉及一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)有功功率平衡是電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的前提，當(dāng)系統(tǒng)遇到擾動(dòng)時(shí),如短路故障、跳機(jī)、聯(lián)絡(luò)線開(kāi)斷、系統(tǒng)解列等，往往導(dǎo)致系統(tǒng)總的發(fā)電功率與總的負(fù)荷功率存在不平衡；若總的發(fā)電功率超出總的負(fù)荷功率(包括網(wǎng)損)，系統(tǒng)頻率會(huì)升高；反之，總的發(fā)電功率小于總的負(fù)荷功率，系統(tǒng)頻率會(huì)下降。根據(jù)頻率波動(dòng)的不同以及系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀況，通常采取調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功出力，甚至切機(jī)、切負(fù)荷等相應(yīng)措施保證電網(wǎng)的頻率安全；頻率控制對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與安全是必不可少的。隨著風(fēng)電穿透功率的增長(zhǎng)，確保風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的頻率安全性和頻率穩(wěn)定性是風(fēng)電研究中重要的課題之一。在電網(wǎng)發(fā)
生頻率大幅度降低事故時(shí)，系統(tǒng)的慣量對(duì)于頻率降低的變化率起到了決定作用--摜量越
低，系統(tǒng)頻率降低的越快。在電力系統(tǒng)中，對(duì)于嚴(yán)重的頻率事故，任何慣量響應(yīng)的降低都是危險(xiǎn)的。
[0003]變速風(fēng)電機(jī)組作為現(xiàn)如今商業(yè)化運(yùn)行的主力機(jī)型之一，通過(guò)變流器控制有功功率與無(wú)功功率，其轉(zhuǎn)速控制與電網(wǎng)頻率解耦，致使在電網(wǎng)頻率發(fā)生改變時(shí)機(jī)組無(wú)法響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。因此，盡管變速風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)后并沒(méi)有真正減少系統(tǒng)中總的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能數(shù)量，但變速風(fēng)電機(jī)組固有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電網(wǎng)表現(xiàn)為一個(gè)“隱含慣量”，在系統(tǒng)頻率故障中無(wú)法表現(xiàn)出來(lái)，使得整個(gè)電網(wǎng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，故障后的頻率變化將會(huì)大于大量風(fēng)電接入電網(wǎng)之前的值，不利于電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性 。
[0004]風(fēng)電的頻率控制要求已逐漸被關(guān)注，如丹麥要求風(fēng)電機(jī)組每分鐘有功功率應(yīng)能變化額定容量的10?100%，據(jù)魁北克水利局電網(wǎng)機(jī)構(gòu)規(guī)定，風(fēng)電場(chǎng)容量大于IOMW時(shí)，風(fēng)電機(jī)組必須有頻率控制系統(tǒng)幫助電力系統(tǒng)減少幅值較大的(>0.5Hz )、持續(xù)時(shí)間較短的(〈IOs)頻率偏差。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此也進(jìn)行了一系列研究，通過(guò)在風(fēng)電機(jī)組主控中附加有功頻率控制模塊，利用風(fēng)電機(jī)組儲(chǔ)存在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的動(dòng)能參與系統(tǒng)調(diào)頻，此方法的好處是原理清晰控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，弊端是低風(fēng)速時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低調(diào)頻能力有限，且頻率控制過(guò)程中轉(zhuǎn)速下降造成風(fēng)功率捕獲能力下降。通過(guò)采用風(fēng)電機(jī)組留有備用的運(yùn)行方式參與系統(tǒng)調(diào)頻，分別通過(guò)超速運(yùn)行控制、變槳控制或通過(guò)基于變風(fēng)速的超速與變槳協(xié)調(diào)控制方案留有有功備用，并通過(guò)在風(fēng)電機(jī)組王控中附加有功頻率控制|旲塊，釋放風(fēng)電機(jī)組儲(chǔ)存在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的動(dòng)能并利用備用功率參與系統(tǒng)調(diào)頻，此方法好處是風(fēng)電機(jī)組可以提供持續(xù)的有功支撐，且頻率控制過(guò)程中轉(zhuǎn)速下降可以增加捕獲的風(fēng)功率，有效提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，弊端是不管采用何種留有備用的方法都要限制風(fēng)電的有功出力。在風(fēng)電場(chǎng)控制層面也給出了風(fēng)電場(chǎng)時(shí)序協(xié)同控制策略。
[0005]針對(duì)變速風(fēng)電機(jī)組附加頻率控制環(huán)節(jié)，可以改善其在電網(wǎng)頻率變化時(shí)的頻率響應(yīng)特性，在電網(wǎng)頻率變化的暫態(tài)過(guò)程中，表現(xiàn)出其慣量的作用。在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額導(dǎo)致頻率下降時(shí)，附加控制環(huán)節(jié)能降低變速風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，釋放轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的動(dòng)能，使得變速風(fēng)電機(jī)組能夠參與系統(tǒng)頻率控制。但是變速風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性不同于同步發(fā)電機(jī)組，變速風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是不同的，其“隱含慣量”需要通過(guò)附加控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，考慮到風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的限制，不同風(fēng)速下變速風(fēng)電機(jī)組具備不同的調(diào)頻能力。變速風(fēng)電機(jī)組單純通過(guò)附加頻率控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)參與系統(tǒng)調(diào)頻存在一定的弊端。
[0006]因此，提供一種參與系統(tǒng)調(diào)頻提供有功支撐時(shí)不受運(yùn)行工況的影響的風(fēng)電機(jī)組全風(fēng)速區(qū)的調(diào)頻能力的方法，提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法；該方法可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組全風(fēng)速區(qū)的調(diào)頻能力，參與系統(tǒng)調(diào)頻提供有功支撐時(shí)不受運(yùn)行工況的影響，提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
[0008]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0009]一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其改進(jìn)之處在于:所述控制方法包括以下步驟:1、根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況確定變速風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行策略；
[0010]I1、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻；
[0011]II1、判斷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否越限；
[0012]IV、激活有功頻率控制模塊；修改風(fēng)電機(jī)組有功功率設(shè)定值；
[0013]V、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的控制。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟I的運(yùn)彳丁策略包括基于最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)彳丁策略和基于動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟I包括:風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行正常，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速判斷變速風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況確定風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻運(yùn)行策略；若風(fēng)電機(jī)組在中、高風(fēng)速區(qū)，則選擇基于最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)行策略，若風(fēng)電機(jī)組在低、超低風(fēng)速區(qū)，則選擇基于動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略。
[0016]進(jìn)一步的，所述最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)行策略采用最大功率跟蹤控制模式；所述動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略采用動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式；
[0017]確定所述動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式的動(dòng)態(tài)備用容量包括以下步驟:
[0018]S1、確定動(dòng)態(tài)功率備用容量的最大值A(chǔ)Pd ;所述動(dòng)態(tài)功率備用容量的最大值A(chǔ)Pd取變速風(fēng)電機(jī)組額定容量的5% ；
[0019]S2、以所述最大功率跟蹤控制模式為基礎(chǔ)，根據(jù)所述備用容量最大值確定動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式下的有功功率設(shè)定值Pwpi(Vrai)；
[0020]按下式(I)確定低風(fēng)速區(qū)所述動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式下的有功功率設(shè)定值Pwpre(Veq):
【權(quán)利要求】
1.一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述控制方法包括以下步驟:1、根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況確定變速風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行策略； I1、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻； II1、判斷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否越限； IV、激活有功頻率控制模塊；修改風(fēng)電機(jī)組有功功率設(shè)定值； V、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述步驟I的運(yùn)行策略包括基于最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)行策略和基于動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述步驟I包括:風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行正常，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速判斷變速風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況確定風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻運(yùn)行策略；若風(fēng)電機(jī)組在中、高風(fēng)速區(qū)，則選擇基于最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)行策略，若風(fēng)電機(jī)組在低、超低風(fēng)速區(qū)，則選擇基于動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述最大功率跟蹤的調(diào)頻運(yùn)行策略采用最大功率跟蹤控制模式；所述動(dòng)態(tài)功率備用的調(diào)頻運(yùn)行策略采用動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式； 確定所述動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式的動(dòng)態(tài)備用容量包括以下步驟: 51、確定動(dòng)態(tài)功率備用容量的最大值A(chǔ)Pd;所述動(dòng)態(tài)功率備用容量的最大值A(chǔ)Pd取變速風(fēng)電機(jī)組額定容量的5% ； 52、以所述最大功率跟蹤控制模式為基礎(chǔ)，根據(jù)所述備用容量最大值確定動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式下的有功功率設(shè)定值Pwpi(Vrai)； 按下式(?)確定低風(fēng)速區(qū)所述動(dòng)態(tài)功率備用運(yùn)行模式下的有功功率設(shè)定值Pm,):
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述步驟II包括:實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)頻率，若系統(tǒng)頻率變化小于等于0.2Hz，系統(tǒng)頻率正常，風(fēng)電機(jī)組不參與系統(tǒng)調(diào)頻，反之風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述步驟III中判斷風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速是否越限，若風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速限，進(jìn)入步驟IV ； 由于所述風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速范圍限值，且風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組動(dòng)能下降則轉(zhuǎn)速下降，設(shè)置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)值使風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速不越限。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于動(dòng)態(tài)功率備用的變速風(fēng)電機(jī)組頻率控制方法，其特征在于:所述步驟IV中，系統(tǒng)頻率發(fā)生跌落時(shí)且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)，則有功頻率控制模塊被激活，通過(guò)修改風(fēng)電機(jī)組.有功功率設(shè)定值參與系統(tǒng)調(diào)頻。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103441524SQ201310331826
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】遲永寧, 王偉勝, 田新首, 李琰, 湯海雁, 張占奎, 王真, 孫蔚, 蘇媛媛, 魏林君 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測(cè)有限公司, 江蘇省電力公司