[發明專利]用于全工況的風電機組快速頻率響應控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 202010320835.0
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111682559B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 任沖;柯賢波;牛拴保;王智偉;霍超;張振宇;王吉利;程林;魏平;衛琳;高玉喜
• 申請（專利權）人: 國家電網公司西北分部;南京南瑞繼保電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38;H02P9/10;H02P9/04;H02P101/15
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種用于全工況的風電機組快速頻率響應控制方法及系統，具體為：采集風速，根據不同風速工況，切換到不同的頻率響應控制策略，低風速頻率響應控制策略：采集系統頻差，利用頻率下垂調節函數對大幅高頻差進行頻率響應控制，得到風電機組轉速控制指令；中風速頻率響應控制策略：采集系統頻差，利用頻率下垂調節函數對小頻差進行頻率響應控制，得到風電機組轉速控制指令；利用濾波器、模糊控制器對大幅高頻差進行頻率響應控制；高風速頻率響應控制策略：利用濾波器、模糊控制器對大幅高頻差進行頻率響應控制。本發明為發電企業節約了大量運維成本的同時又不會因為一次調頻量不足產生考核。

技術領域

本發明屬于電力系統技術領域，尤其涉及風電機組快速頻率響應控制技術領域。

背景技術

大電網內發生的擾動故障會引起系統頻率大幅波動以及系統頻率時刻發生小幅擾動，現有的風電機組頻率響應方法有附加功率(auxiliary power，AP)控制、虛擬同步機(virtual synchronous generator，VSG)控制和變鎖相環(adjusting phase lockedloop，APLL)控制等，由于附加功率控制簡單易行，最為常見。它在原有功率控制環的基礎上，引入頻率偏差及其微分作為反饋信號，分別模擬同步機的慣性響應及一次調頻響應，又稱比例-微分(proportional-differential，PD)型頻率控制。目前研究方案中，風電機組參與頻率控制策略一般都是基于定風速工況或者給定的理想風速模型，較少考慮風機實際運行工況。在風機實際運行工況下，不同風速下風機的功率控制特性不同，不同程度上會影響風機自身功率控制器的設計以及頻率響應控制參數的變化，均存在一定缺陷，一是很難適應大小風速不同的風機運行工況，二是不能根據系統頻差大小進行分別響應，小頻差方式大量反復調節對風資源造成浪費同時也增加了風機調節維護成本，大頻差時不能進行迅速響應進行提升系統頻率恢復能力。綜上，為了適應風電機組長期實際運行方式下頻率響應控制，亟需一種新型的風電機組頻率響應控制器。

發明內容

發明目的：為解決現有技術存在的風資源浪費、維護成本高等問題，本發明提供了一種用于全工況的風電機組快速頻率響應控制方法及控制系統。

技術方案：本發明提供一種用于全工況的風電機組快速頻率響應控制方法，該方法具體包括如下步驟：

步驟1：實時采集風速，若當前采集的風速小于等于X％額定風速，則轉步驟2；若當前采集的風速大于X％額定風速，且小于等于額定風速，則轉步驟3；若當前采集的風速大于額定風速，則轉步驟4；其中30≤X≤40；

步驟2：計算給定頻率與機組當前頻率之間的頻差，若該頻差為大幅高頻差，利用頻差函數對大幅高頻差進行頻差響應控制，得到當前風機轉子轉速的調節量，從而通過控制風機的轉速控制風電機組的響應頻率，所述大幅高頻差為大于等于+0.08HZ的頻差；

步驟3：計算給定頻率與機組當前頻率之間的頻差，若為小頻差，則利用頻差函數對該小頻差進行頻差響應控制，得到當前風機轉子轉速的調節量，從而通過控制風機的轉速控制風電機組的響應頻率；否則對頻差依次進行濾波、模糊控制后，得到當前風機漿矩角調節量，從而通過調節風機漿矩角控制風電機組的響應頻率；所述小頻差為0.033HZ～0.08HZ之間的頻差；

步驟4：計算給定頻率與機組當前頻率之間的頻差，若該頻差為大幅高頻差，對大幅高頻差依次進行濾波、模糊控制，從而得到當前風機漿矩角調節量，通過調節風機漿矩角控制風電機組的響應頻率。

進一步的，所述頻差函數如下所示：

式中，f_d為一次調頻死區；f_N為系統額定頻率；P_N為額定功率；δ％為風電機組一次調頻調差率；P₀為有功功率初值，P為機組有功指令，f為系統頻率。

進一步的，所述步驟3和步驟4中的模糊控制具體包括如下步驟：