[發明專利]一種計及雙饋風機動能吞吐能力的頻率控制方法

在審

• 申請號: 202010608260.2
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111725847A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 楊德健;張雷;張新松;華亮
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明具體涉及一種計及雙饋風機動能吞吐能力的頻率控制方法。本發明在頻率偏差為正與負時分別進行頻率控制；頻率偏差為正時，從電網中吸收冗余的有功存儲到風機，減少系統有功功率冗余；頻率偏差為負時，從風機的旋轉部分有效地釋放動能到電網中，補償系統有功功率缺額；從而實現雙饋風力發電機組主動頻率控制，改善頻率穩定性，為同步發電機參與系統調頻提供響應時間。采用不同的頻率控制參數提供系統頻率支撐能力；提出的頻率控制參數能夠充分利用風機儲存和釋放旋轉動能的能力進行頻率控制；頻率偏差為負時，提出的控制參數可以防止風機失速；頻率偏差為正時，提出的控制參數可以避免過多的啟動槳距角控制，減少風機機械疲勞問題。

技術領域

本發明具體涉及一種計及雙饋風機動能吞吐能力的頻率控制方法，屬于風力發電控制技術領域。

背景技術

隨著風電并網容量日益增加，傳統同步發電機組不斷的被風力發電機組取代，盡管如此,風能固有的間歇性、隨機性和波動性特點給電力系統的安全運行帶來了巨大挑戰。雙饋風力發電機是目前市場中應用最廣泛的一類風機；該類機組雖然具有高效率與控制技術先進的優勢；但是其轉子側變流器在不同風速下實現最大功率跟蹤運行的同時也導致轉子轉速與系統頻率無耦合關系，使得系統旋轉慣量和系統調頻能力下降，導致擾動時頻率的偏移容易超出安全范圍；此外，風電機組與常規火電機組相比，其承受高頻與低頻能力差，擾亂期間容易受頻率異常影響，導致風機大規模脫網現象，從而造成嚴重的有功功率缺失，致使系統頻率驟降，引發嚴重的電力系統連鎖問題。因此，隨著電力系統的系統結構的改變和風電的持續并網，電網頻率穩定性勢必面臨巨大的挑戰。

相同裝機容量情況下，風力發電機的慣性時間常數遠大于同步發電機的慣性時間常數，并且具有更寬廣的轉速安全運行范圍。因此，雙饋風機可以視為系統頻率支撐的一種有效手段。通過在雙饋風機變流器控制器中附加基于頻率偏差的控制方法使風機的轉速與頻率剛性耦合，這種控制方法通過頻率偏差的正負，決定風機的工作方式，即在頻率偏差為正時,將系統冗余的有功儲存在風機轉子中；在頻率偏差為負時,將風機中的儲存的旋轉動能釋放到電網中，補償系統有功缺額，改善頻率穩定性，減少系統有功備用，這使得風力發電機組頻率控制成為當今的研究熱點之一。目前，現有系統頻率控制的技術方法，由于受到恒定控制參數的影響，不能充分利用風機的旋轉動能，從而制約了風機提供系統頻率控制的能力，或風機過度的釋放風機中的旋轉動能，進而造成風機參與系統頻率控制過度的問題；因此，如何設定風機的頻率控制參數是今后迫切解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的不足，提出了一種計及雙饋風機動能吞吐能力的頻率控制方法。本發明在頻率偏差為正時，采用的頻率控制參數與風機存儲動能的潛力成正比例關系，其目的是根據風機不同運行工況存儲適當的旋轉動能；減少系統冗余的有功功率及減少槳距角啟動次數和時間，提高頻率穩定性；在頻率偏差為負時，采用的頻率控制參數與風機釋放動能的潛力成正比例關系，其目的是根據不同風機運行工況釋放合適的旋轉動能，補償系統有功功率缺失及避免風機失速現象發生，減少最大頻率偏差，實現可控的風力發電機組頻率控制。

本發明為實現上述發明目的，采取的技術方案如下：

一種計及雙饋風機動能吞吐能力的頻率控制方法，包括以下步驟：S1：根據風電場與電網公共耦合點的電壓計算系統電網瞬時頻率，當電網瞬時頻率超出設定的死區范圍時,啟動風機的系統頻率控制；若在設定的死區范圍內，繼續工作在最大功率追蹤控制；S2：根據電網瞬時頻率，計算出系統頻率偏差Δf，并且判斷系統頻率偏差Δf的正負；S3：根據采集風機的轉子轉速，分別計算系統頻率偏差Δf為正時采用的頻率控制參數AG_OF(ω_r)和系統頻率偏差Δf為負時采用的頻率控制參數AG_UF(ω_r)；