[發明專利]雙饋風機風電場參與電力系統一次調頻的協調控制方法

有效

• 申請號: 201710055248.1
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106712058B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 吳文傳;張伯明;孫宏斌;王中冠;郭慶來;王彬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種雙饋風機風電場參與電力系統一次調頻的協調控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)建立風電場中雙饋風機葉片儲存動能的能量狀態評價指標SOE_i：

上式中，SOE_i表示風電場中第i臺雙饋風機葉片儲存動能的能量狀態評價指標，ω_t,i表示風電場中第i臺雙饋風機葉片的轉速標幺值，ω_tmin,i表示風電場中第i臺雙饋風機保證正常發電的葉片轉速標幺值的下限，ω_tmax,i表示風電場中第i臺雙饋風機保證正常發電的葉片轉速標幺值的上限，i為介于1到m之間的任意整數，m為風電場中雙饋風機的數量；

根據得到的風電場中雙饋風機葉片儲存動能的能量狀態評價指標SOE_i，建立風電場中雙饋風機發電水平評價指標x_i：

上式中，P_e,i表示風電場中第i臺雙饋風機輸出的電磁功率標幺值，P_m,i表示風電場中第i臺雙饋風機捕獲的機械功率標幺值；

(2)設定風電場中所有雙饋風機間的通信關系在拓撲上是連通的，建立雙饋風機之間的通信系數矩陣A＝[μ_ij]_m×m，矩陣中的元素μ_ij為第i臺雙饋風機和第j臺雙饋風機之間的通信系數：

上式中，N_i表示所有與第i臺雙饋風機有通信關系的雙饋風機的下標集合，n_i和n_j分別表示與第i臺和第j臺雙饋風機有通信關系的雙饋風機的個數；

建立雙饋風機之間的交換系數矩陣B＝[B_ij]_m×m：

B＝I-2diag(A)+A

上式中，I表示m階的單位矩陣，diag(A)表示由矩陣A的對角線元素構成的對角矩陣；

(3)風電場啟動對電力系統的一次調頻協調控制，包括以下步驟：

(3-1)按照設定時間周期T_f測量風電場與電力系統并網點的頻率f，利用下式計算得到風電場輸出功率參考值P_ref：

P_ref＝P_ref^*+P_f^*+P_in^*

上式中，P_ref^*表示上級電力系統調度中心給出的穩態下風電場輸出功率指令值，P_f^*和P_in^*分別為由風電場與電力系統并網點的頻率偏差決定的修正量和由風電場與電力系統并網點的頻率變化率決定的修正量，計算公式如下：

P_f^*＝K_f(f^*-f)

上式中，K_f和K_in分別為風電場有功功率-頻率的下垂系數和阻尼系數，K_f的取值范圍為0.1～10，K_in的取值范圍為1～20，f^*為電力系統的額定頻率；

(3-2)按照設定的時間周期T_P測量風電場與電力系統并網點的實際輸出有功功率標幺值P_PCC，并通過下式計算該實際輸出有功功率標幺值與步驟(3-1)中風電場輸出功率參考值P_ref的偏差ΔP_PCC：

ΔP_PCC＝P_PCC-P_ref

并將上述偏差ΔP_PCC以廣播通信的方式發生至風電場內所有的雙饋風機；

(4)風電場的雙饋風機啟動對電力系統的一次調頻協調控制，包括以下步驟：

(4-1)初始化時，設定風電場的雙饋風機啟動對電力系統的一次調頻協調控制的起始步數k＝0，并使測量風電場與電力系統并網點頻率的時鐘t_f和測量風電場與電力系統并網點實際輸出有功功率標幺值的時鐘t_P兩個時鐘從0時刻開始計時；

(4-2)利用步驟(1)的方法，計算風電場中雙饋風機在一次調頻協調控制的第k步的發電水平評價指標x_i(k)：

(4-3)風電場中的所有雙饋風機與有通信關系的其他雙饋風機互相交換由步驟(4-2)計算的第k步的雙饋風機發電水平評價標準x_i(k)，即第i臺雙饋風機在第k步的發電水平評價指標，發送給所有在通信上與其直接相連的第j臺雙饋風機，其中j∈N_i，且第i臺雙饋風機收集所有在通信上與其直接相連的第j臺雙饋風機在第k步的發電水平評價指標x_i(k)；

(4-4)風電場中的各雙饋風機計算第k步迭代計算所需要的參數D_ii,k和g_i,k：

上式中，系數α為小于1的正實數，本發明的一個實施例中，α的值為0.5；

上式中，K為權重系數，根據風電場容量或通過實驗選取，所述K為正實數，取值范圍為：0.1～10；

(4-5)利用遞推方法，計算風電場中各雙饋風機在第k步迭代時的牛頓方向遞推值，具體遞推過程為：

(4-5-1)初始化時，設遞推步驟t＝0，并設定遞推步驟終止時t＝T，T取3～5，遞推過程開始；

(4-5-2)計算風電場中各雙饋風機各自的牛頓方向遞推初始值，其中第i臺雙饋風機的牛頓方向遞推初始值為d_i,k⁽⁰⁾：

d_i,k⁽⁰⁾＝D_ii,k^-1g_i,k；

(4-5-3)對t進行判斷，若t＜T，則進行步驟(4-5-4)，若t≥T，結束遞推，進行步驟(4-6)；

(4-5-4)將第i臺雙饋風機在第t步遞推的牛頓方向遞推值d_i,k^(t)，發送給其他所有有通信關系的雙饋風機，同時第i臺雙饋風機接收所有有通信關系的其他雙饋風機在第t步遞推中的牛頓方向遞推值；

(4-5-5)風電場中各雙饋風機根據接收到的其他有通信關系的雙饋風機的牛頓方向遞推值，計算第k+1步的牛頓方向遞推值d_i,k^(t+1)，以第i臺雙饋風機為例，計算公式如下：

上式中，B_ij為步驟(2)中雙饋風機之間的交換系數矩陣B中的元素；

(4-5-6)使t＝t+1，返回步驟(4-5-3)；

(4-6)風電場中各雙饋風機執行迭代，利用下式計算第k+1步的第i臺雙饋風機的發電水平評價指標x_i(k+1)：

x_i(k+1)＝x_i(k)-εd_i,k^(T)

上式中，ε為牛頓迭代步長，根據雙饋風機的實際容量選取，或通過實驗調節取值大小，取值范圍為：0.02～1；

(4-7)風電場中各雙饋風機根據新的發電水平評價指標調整輸出的電磁功率，利用下式計算第k+1步的第i臺雙饋風機輸出的電磁功率標幺值P_e,i(k)：

P_e,i(k)＝SOE_i·x_i(k)+P_m,i(k)

上式中，P_m,i(k)為第i臺雙饋風機在第k步調整時采集的機械功率標幺值；

(4-8)對測量風電場與電力系統并網點實際輸出有功功率標幺值的時鐘t_P進行判斷，若t_P≥T_P，使k＝k+1，t_P重新開始計時，并進入步驟(4-9)，若t_P＜T_P，重新執行本步驟(4-8)；

(4-9)對測量風電場與電力系統并網點頻率的時鐘t_f進行判斷，若t_f≥T_f，則返回步驟(4-1)，若t_f＜T_f，則返回步驟(4-2)。