[發明專利]適用于二次頻率調節的風電機組槳距角控制方法及AGC模型

在審

• 申請號: 201810307498.4
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108347059A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 王德林;范林源;劉柳;張俊武
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38;H02J3/48
• 代理公司: 四川君士達律師事務所 51216
• 代理人: 芶忠義

本發明屬于風力發電技術領域，公開了一種適用于二次頻率調節的風電機組槳距角控制方法及AGC模型，P_ref為風電機組參考功率；ΔP_m為機組有功調節量；v_avg為過去一小段時間風速的平均值；取5秒采樣時間；β_ref為槳距角參考值；槳距角變化速度為[?4°/s,+4°/s]；槳距角取值范圍為[?1°,+70°]；一次頻率調節和AGC共同動作；一次頻率調節過程輔助二次頻率調節。本發明在高風速段積極參與系統頻率的調節，接受來自AGC的控制信號，而在中低風速段僅參與頻率的一次調節；采用本發明綜合控制方法的風電場能更加有效地減少負荷事件引起頻率波動的幅值，同時能夠平滑由于風速變化引起頻率波動的曲線。

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，尤其涉及一種適用于二次頻率調節的風電機組槳距角控制方法及AGC模型。

背景技術

發展可再生能源是改善我國能源結構、推進環境保護、保持社會與經濟可持續發展的重大舉措。但是可再生電源一般都具有波動性與間歇性的特征，使得可再生能源和電網的整體協調性較低。且可再生電源在傳統的控制方法下一般運行在最大功率跟蹤點，無法在系統頻率波動時提供有功支持，更不能改變功率—頻率特征曲線參與電力系統頻率的二次調節。在電力系統中，頻率的穩定取決于有功功率平衡。電力需求或發電功率的變化導致有功功率不平衡，此時，頻率和凈交換功率均會產生偏差。當頻率降低初始時刻，功率的增加是由發電機和電動機的旋轉動慣量提供。幾秒鐘后，機組調速器和負載都會對感應到的頻率偏差做出響應。這時候有功功率平衡，系統頻率平衡但處于額定頻率附近，即頻率的一次調節過程。頻率一次調節是動力系統的自發過程，主要由同步發電機組的調速器完成，但是由于負荷的頻率特性，這個調節過程是有差的，留下了凈交換功率偏差和頻率偏差。為了恢復正常的頻率和預定的凈交換功率，需采用頻率二次調節，而這正是AGC的主要任務。AGC通過控制頻率或凈交換功率來校正頻率的偏差，具體過程取決于AGC的控制模式。如考慮電網約束的風電場自動有功控制技術，該策略提出了把主動進行風電場有功控制納入電網自動發電控制管理，并提出了考慮儲能的風電場有功控制3層模型；如大規模風電接入的互聯電網有功調度與控制技術，該技術對含有大規模風電接入的互聯電網有功功率調度模式進行了分析，提出通過多種方法消納風電的思路，提出可以通過短期預測實現調度水平的提升；如大規模風電接入系統的發電優化調度方法，該策略提出了將風電預測偏差等引入傳統的功率偏差信號，來改善含風電的電力系統頻率控制效果，并對不同類型機組AGC輔助服務需求進行評估。以上技術主要對于風電參與電網二次頻率調節做了一定程度的探究，但是其研究內容大多是把風電作為變化的功率源以協調其它發電機的功率輸出，對于風電機組本身的功率控制并沒有做深入的研究。未來，在部分風電滲透率將達到50％以上的環境下，這種控制方法顯然比較局限。

在系統頻率二次調節過程中，根據節能調度原則，應當優先調度可再生能源和高效能、大容量機組發電。目前國內風電的有功調度主要采用人工調度和發電計劃這兩種方式，導致響應時間長、控制精度低。人工調度方式主觀性較強，靈活性差，遇到突發情況(如負荷變化)時，很難及時準確地調配系統中的有效能源，會造成能源的缺失或浪費；發電計劃是事先應對預案或臨時采取的調度計劃，不能在短時間內針對具體問題提出解決措施。兩種策略均有延遲且覆蓋精度有限，為會造成有功的不足，系統中所有并列運行的發電機組都裝有調速器，有可調容量的機組的調速器均將反應系統頻率的變化，系統中出現有功功率不平衡時，若有功功率電源不足或負荷增大時，將會引起系統頻率跌落。

綜上所述，現有技術存在的問題是：目前國內風電的有功調度主要采用人工調度和發電計劃這兩種方式，導致響應時間長、控制精度低。

若想實現風電功率的合理控制，應當在發電計劃方式的基礎上加入功率的自動控制，研究開發適用于大規模風電接入需求及特點的協調控制系統，即在發電計劃方式的基礎上，將風電計入自發電控制(AGC)系統。對此，應當提出以下要求：