[發(fā)明專利]變速變頻風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611217069.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN108242814B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余夢(mèng)婷;田萌;李健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 張川緒;王兆賡

本發(fā)明提供一種變速變頻風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法和設(shè)備，所述一次調(diào)頻方法包括：A)檢測(cè)電網(wǎng)的當(dāng)前頻率；B)計(jì)算電網(wǎng)的當(dāng)前頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率之間的頻率偏差，并確定所述頻率偏差是否超出頻率死區(qū)；C)當(dāng)所述頻率偏差超出頻率死區(qū)時(shí)，確定風(fēng)電機(jī)組的第一功率；D)當(dāng)所述頻率偏差超出頻率死區(qū)時(shí)，通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值以及控制風(fēng)電機(jī)組的槳距角使風(fēng)電機(jī)組輸出所述第一功率，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻。在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法中，通過轉(zhuǎn)矩和變槳協(xié)調(diào)控制參與電網(wǎng)系統(tǒng)的一次調(diào)頻，具有更快的慣量響應(yīng)速度，同時(shí)有效地避免了機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超速的問題，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行下快速準(zhǔn)確地改變風(fēng)電機(jī)組的輸出功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種變速變頻風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)運(yùn)行是一個(gè)發(fā)電與負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡的過程。當(dāng)系統(tǒng)由于切機(jī)或者負(fù)荷突變等導(dǎo)致系統(tǒng)頻率發(fā)生較大變化時(shí)，常規(guī)的同步發(fā)電機(jī)因其轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率之間具有耦合關(guān)系，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將隨之自動(dòng)變化，通過釋放/吸收轉(zhuǎn)子動(dòng)能阻尼系統(tǒng)頻率快速變化，然后通過一次調(diào)頻使其系統(tǒng)頻率趨于穩(wěn)定。然而，目前運(yùn)行最廣泛的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組，雖然采用了背靠背(back-to-back)變換器通過機(jī)網(wǎng)側(cè)解耦控制實(shí)現(xiàn)了變速恒頻運(yùn)行，但這也導(dǎo)致機(jī)組與系統(tǒng)完全解耦，不再具備響應(yīng)頻率變化的能力，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)能被變頻器控制完全“隱藏”。從電力系統(tǒng)角度看，風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為零，因此大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)將會(huì)明顯減弱系統(tǒng)的調(diào)頻能力。為了補(bǔ)償風(fēng)電隨機(jī)性帶來(lái)的系統(tǒng)備用電源不足，消除風(fēng)電機(jī)組無(wú)慣量響應(yīng)能力產(chǎn)生的頻率快速變化，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外已發(fā)布一系列電網(wǎng)導(dǎo)則明確提出并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)需要提供和常規(guī)發(fā)電廠一樣的旋轉(zhuǎn)備用、慣性響應(yīng)以及一次調(diào)頻等附屬功能。隨著變速恒頻發(fā)電機(jī)組的深入研究可知，變速型風(fēng)機(jī)具有較大的控制靈活性，通過調(diào)整控制目標(biāo)和控制策略，可以使機(jī)組主動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，使其具備類似于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)和頻率調(diào)節(jié)能力。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要通過轉(zhuǎn)子慣性、轉(zhuǎn)速超速和變槳方式進(jìn)行有功功率控制，以參與系統(tǒng)一次調(diào)頻。

轉(zhuǎn)子慣性控制通過控制轉(zhuǎn)子速度短時(shí)釋放/吸收風(fēng)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)體所存儲(chǔ)的部分動(dòng)能以快速響應(yīng)系統(tǒng)頻率的暫態(tài)變化，但其持續(xù)時(shí)間較短且頻率恢復(fù)期間容易造成頻率二次污染，并且在低頻低風(fēng)速和高頻高風(fēng)速情況下難以提供有效調(diào)頻功率。轉(zhuǎn)速超速控制則是控制轉(zhuǎn)子超速運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行于非最大功率捕獲狀態(tài)的次優(yōu)點(diǎn)，保留一部分的有功功率備用，用于一次頻率調(diào)節(jié)。但該方法受風(fēng)速隨機(jī)性影響較大且會(huì)降低風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效益。變漿控制通過控制風(fēng)機(jī)的槳距角保留一部分備用容量，該方法的響應(yīng)速度較慢且增加變槳系統(tǒng)的疲勞度降低機(jī)組運(yùn)行壽命。

綜上所述，目前變速變頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組缺少有效的一次調(diào)頻控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可進(jìn)行快速準(zhǔn)確調(diào)頻的變速變頻風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法和設(shè)備。

本發(fā)明的一方面提供一種變速變頻風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻方法，所述一次調(diào)頻方法包括：A)檢測(cè)電網(wǎng)的當(dāng)前頻率；B)計(jì)算電網(wǎng)的當(dāng)前頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率之間的頻率偏差，并確定所述頻率偏差是否超出頻率死區(qū)；C)當(dāng)所述頻率偏差超出頻率死區(qū)時(shí)，確定風(fēng)電機(jī)組的第一功率，其中，所述第一功率為一次調(diào)頻時(shí)，風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率給定值；D)當(dāng)電網(wǎng)的當(dāng)前頻率大于標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)，通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值以及控制風(fēng)電機(jī)組的槳距角使風(fēng)電機(jī)組輸出所述第一功率，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻，或者，當(dāng)電網(wǎng)的當(dāng)前頻率小于標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)，檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組的當(dāng)前槳距角，并將檢測(cè)到的當(dāng)前槳距角與啟動(dòng)變槳控制的槳距角的最小值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到的當(dāng)前槳距角大于所述最小值時(shí)，通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值以及控制風(fēng)電機(jī)組的槳距角使風(fēng)電機(jī)組輸出所述第一功率，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻。

可選地，步驟D)還包括：當(dāng)檢測(cè)到的當(dāng)前槳距角小于所述最小值時(shí)，調(diào)整控制風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值使風(fēng)電機(jī)組輸出所述第一功率，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻，其中，調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值的步驟包括：根據(jù)所述第一功率和風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速計(jì)算得到第一轉(zhuǎn)矩給定值，將風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩給定值調(diào)整為第一轉(zhuǎn)矩給定值。