[發明專利]一種變速風電機組模擬慣量響應控制方法

無效

• 申請號: 201310368037.5
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103441529A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 汪寧渤;丁坤;周識遠;李津;張金平;王定美;黃蓉;何世恩
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;甘肅省電力公司;甘肅省電力公司風電技術中心
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 劉洪京

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體地，涉及一種變速風電機組模擬慣量響應控制方法。

背景技術

風力發電是清潔、可再生的新能源發電方式，對于保護環境、節約化石能源具有十分重要的意義。但是風力發電由于其波動性、不確定性以及風電機組的對電網的支撐能力較弱，對于電力系統而言是一種“不友好”的發電技術。電網公司和調度機構需要風電機組在電網頻率發生擾動時，通過電力變頻器等控制裝置，使得風電機組能夠對電網頻率擾動產生有益的響應，維持電網頻率的穩定。尤其是在電網頻率降低時，能夠實現模擬慣量響應和暫態有功功率支撐。

傳統的采用最大風能功率跟蹤等控制策略的變速風電機組，由于電力電子裝置的快速響應特性，能夠有效的跟蹤風速變化，但不能對電網頻率和有功功率的變化產生響應，除非對原有的控制策略進行修改。

在2010年7月9日申請的名稱為“異常頻率條件期間的可變速風輪機的繼電器式控制器和控制方法”的PCT申請號為WO2011/008637?EN的專利中描述了一種方法。該方法配置變速風輪機在電網頻率下降到閾值以下時，在實際風輪機允許的能力范圍內，提供固定的補充電力增量，直至電網頻率恢復到適當的預定值，且無需評估電網頻率偏差的改變速率、偏差的積分和/或偏差的幅值中的任何一項。該方法沒有考慮當風電機組轉速下降后，風輪機捕獲的功率下降對風電機組控制的影響；沒有給出如何針對不同運行工況下風電機組慣量響應、暫態功率支撐能力的不同，合理的設定控制參數。

文獻（Germán?Claudio?Tarnowski,?Philip?Carne?Kj?r,?Poul?E.?S?rensen.?Variable?Speed?Wind?Turbines?Capability?for?Temporary?Over-Production?[C].?IEEE?Power?&?Energy?Society?General?Meeting,?2009?(PES?'09),?1-7）提出的模擬慣量響應控制方法，考慮了風輪機轉速下降對捕獲的風能機械功率的影響，并在轉速的恢復過程中采用恒定功率的控制方法，可以有效實現風電機組的模擬慣量響應控制，充分利用風電機組轉子動能。但是，該方法沒有考慮風電機組轉矩的限制，而且恢復過程采用恒定功率控制導致恢復時間很長。該方法也沒有給出如何針對不同運行工況下的風電機組合理設定控制參數的方法。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在風電機組慣量響應能力利用不充分、轉矩、電流等物理量難以控制在合理范圍內、對電力系統的頻率穩定支撐特性不夠優化、靈活性差、響應時間長等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種變速風電機組模擬慣量響應控制方法，以實現電網降低頻率大擾動事件發生后的頻率偏差幅值和變化速率，提升電力系統的頻率穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種變速風電機組模擬慣量響應控制方法，包括：

a1、基于最大風能功率跟蹤控制策略，依據風電機組輪轂處風速vw和風電機組轉速ωr，獲得風輪機最大可能捕獲的風能功率；

a2、將所得風輪機最大可能捕獲的風能功，設定為風電機組有功控制的參考值P0；

a3、通過鎖相環等電網頻率測量設備，獲得電網頻率f；

a4、基于電網頻率f，通過附加控制環節，生成有功功率附加控制的參考值ΔP，并疊加到風電機組最大風能跟蹤控制參考值P0上，疊加后風電機組的有功功率控制參考值為P0+ΔP。

進一步地，所述附加控制環節，采用類似繼電器式的控制策略：

當電網頻率f變化幅值Δf大于預定的閾值時，附加控制環節發生作用；

當電網頻率f變化幅值Δf在預定的閾值的范圍內時，附加控制環節不發生作用。

進一步地，所述電網頻率f變化幅值Δf的閾值的設定，需要參考電力系統穩態運行允許的頻率波動范圍。

進一步地，所述當電網頻率f變化幅值Δf大于預定的閾值時，附加控制環節發生作用的操作，具體包括：

當電網頻率f降低的幅值Δf超過預設的閾值時，附加控制環節產生時長為tdcc的正值控制信號ΔP1，促使風電機組在最大功率跟蹤控制策略對應的有功功率P0的基礎上，有功功率即電磁功率暫時維持P0+ΔP1；

在模擬慣量響應和暫態有功功率支撐之后，附加控制環節產生負值的控制信號ΔP2，使得有功功率即電磁功率P0+ΔP2暫時小于風輪機捕獲的機械功率；