[發明專利]基于風-儲協同運行的風電場虛擬慣量提升方法

有效

• 申請號: 201711277189.9
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107959304B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 賈玉健;李莉;劉博;施冬明;于光波;韓德順;沈倩;李廣;鞏曉靜;李嫣然
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司濟南供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/48
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種基于風?儲協同運行的風電場虛擬慣量提升方法，分析不同風速下的風機運行特性，對風速進行分區，通過檢測系統的頻率波動，發掘風機自身的調頻潛力與儲能的功率特性，實時控制風儲系統的有功功率輸出來響應系統頻率波動，實現風電場的虛擬慣量的提升。本發明不僅有效提升了風?儲聯合系統慣性，還使聯合系統能夠對多風況下的頻率波動進行有功功率響應同時避免頻率的二次跌落等問題，改善了系統的頻率穩定性。

技術領域

本發明涉及一種基于風-儲協同運行的風電場虛擬慣量提升方法。

背景技術

隨著風電并網容量的逐年增加，風力發電輸出功率所具有的間歇性與隨機性等特點使得大規模風力發電的接入對電力系統的規劃、運行控制、保護、調度等方面均提出了新的挑戰。其中雙饋感應風電機組(double fed induction generator,DFIG)是目前風電場應用最為廣泛的變速恒頻風電機組。該類風電機組通過電力電子變流器變速恒頻輸出有功功率，風機轉子并不與電網直接相連，因此，風機轉子慣量被變流器所“隱藏”，機組轉速與電網頻率解耦，不具備同步機組利用轉子動能來阻尼系統頻率變化的慣性頻率響應能力。然而在風機高比例接入的區域電網中，風機自身的大量接入以及風機對傳統機組的替代會使該區域電網的總慣量降低，對頻率波動的響應能力減弱，使得系統的頻率穩定性面臨重大挑戰。因此，使風電機組具備同步發電機組一樣的通過轉子動能阻尼系統頻率波動的慣性，對高風力發電滲透率地區電網的頻率穩定性以及電網的安全穩定運行都具有重要意義。

針對這一問題，國內外已有一系列關相關研究成果。其中，附加慣性控制環節的方法經常被應用于此類研究，該方法以系統頻率作為輸入信號，經微分控制環節，將附加控制信號疊加在風電機組的最大功率跟蹤(MPPT)控制有功給定之上，模擬出變速風電機組的慣性響應。此方法雖能利用風機的轉子動能快速響應系統頻率波動，但風機所能提供的虛擬慣性響應能力與其響應前運行狀態直接相關，風速的隨機性與波動性難以保證風電機組具有持久可靠的慣性響應能力，而且在風機轉子退出調頻恢復轉速的過程中產生的有功功率缺額極易造成系統頻率的二次波動現象，不利于系統頻率穩定；轉速控制、槳距角控制與綜合控制等方法通過降低風機的風能捕獲效率，使風機工作在減載運行狀態，以留出應對頻率波動的備用容量。此類方法雖然能夠有效應對系統頻率的波動，而長期的減載運行會使風電場經濟效益收到較大影響。

近年來儲能技術發展迅速，儲能技術被廣泛應用于平抑可再生能源出力波動、改善風場低電壓穿越能力等。由于儲能具有性能穩定、控制靈活、響應快速的特點，也非常適合應用于系統頻率調節。因此，在風電機組或風電場配置一定容量的儲能設備，輔助風電機組參與系統的頻率調節的方法逐漸得到學者們的廣泛關注。當現有文獻存在仍然需要長期運行在減載狀態以留有備用容量，犧牲了風機的最大風能捕獲效率；會造成儲能容量需求偏高的結果，鑒于目前儲能成本仍然較高，單純依靠儲能來補償風場慣量的經濟性有待考量，或者沒有考慮不同風速下風機調頻能力的差異以及變風速下的應對策略。

因此，現有的研究雖然都能在一定程度上提升風電機組的慣性響應能力，對使風機對系統頻率波動進行有功功率支持，但是，并沒有充分利用風機本身被“隱藏”的慣量與儲能快速精確的功率特性。如何將二者有機的結合，在有效提升風機慣性頻率響應能力的同時，實現風-儲系統適應多風況，高效率的協同合作運行仍然需要進一步的研究。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于風-儲協同運行的風電場虛擬慣量提升方法，本發明以提升風電場的慣性響應能力為目的，提出了基于模糊邏輯控制理論的風-儲協同運行控制策略。該控制策略通過分析不同風速下的風機運行特性，將風速詳細分區，通過檢測系統的頻率波動，充分發掘風機自身的調頻潛力與儲能的功率特性，實時控制風儲系統的有功功率輸出來響應系統頻率波動，從而實現風電場的虛擬慣量的提升，提高了系統的頻率穩定性。本發明提出的適應各風速分區的風儲協同控制策略，使風機具有了適應多種風況下的更加可靠的慣性頻率響應能力的同時，充分利用儲能的出力特性，減緩了系統頻率的二次波動對系統的影響；在該協同控制策略下，風機平時仍可以最大功率跟蹤方式運行，無需長期減載運行，提高了系統運行的經濟性。