[發明專利]一種風儲系統基于雙層協同控制的調頻方法

有效

• 申請號: 202010633145.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111900742B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 彭曉濤;梁愷;秦世耀;王靖然;張政;李華取;陳人杰
• 申請（專利權）人: 武漢大學;國網冀北電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28;H02J3/30;H02J3/38;H02J3/46
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種風儲系統基于雙層協同控制的調頻方法，其特征在于，通過對風電機組和儲能分別施加控制，實現風場中不同風機間的協同以及儲能與風電場間的協同，具體為

風機基于變比例系數調速的內層協同控制策略：利用比例系數乘以實現風機最大功率跟蹤的轉速參考指令曲線，當系統頻率受擾變化時，通過比例系數的協同控制修正風電機組的轉速參考指令以調節轉速，進而實現基于轉子動能調節為系統提供頻率慣量支撐；定義一個風場中共有n₁臺風電機組，首先采用式一確定當前時刻風電機組虛擬電氣慣量對軸系機械慣量的比值，

式一中，α_i是風電場中第i臺風機當前時刻虛擬電氣慣量與其軸系固有機械慣量的比值，ω_e是電網同步電氣角頻率，Δω_e是同步電氣角頻率與其額定值的偏差，n₁是風場中的風機臺數，是同步電氣角頻率與其額定值偏差的變化率，P_wm,i和P_ws,i是第i臺風機的輸入機械功率和定子輸出電磁功率，J_w,i和J_w,l分別是第i臺風機和第l臺風機的軸系固有機械慣量，ω_r,l是第l臺風機的轉子轉速，t₀是擾動初始時刻，是t₀時刻第l臺風機的轉子轉速，是t₀時刻的系統同步電氣角頻率，β和T都是協同控制參數，其中β為根據協同原理設計的宏變量中同步電氣角頻率偏差量的權重系數，T為宏變量從初始狀態收斂至控制流形的時間常數；

根據式一確定的虛擬電氣慣量對軸系機械慣量的比值，采用式二進行風電機組提供頻率慣量支撐的變比例系數調速控制，

式二中，和分別是擾動初始時刻t₀的轉子轉速和系統電氣角頻率，k是調節最大功率跟蹤曲線的比例系數；

飛輪儲能調頻響應的外層協同控制方法：采用式三進行飛輪儲能頻率支撐協同控制，

式三中，ΔP_ESS和分別是儲能調頻功率及其變化率，ω_e和分別是系統同步電氣角頻率及其變化率，Δω_e是的當前同步電氣角頻率與其額定值的偏差，n₁是風場中的風機臺數，α_i是第i臺風機由式一計算得到的虛擬電氣慣量與其固有機械慣量的比值，P_wm,i和P_ws,i是第i臺風機的輸入機械功率和定子輸出電磁功率，J_w,i是第i臺風機的軸系固有機械慣量，β₁是協同控制參數，表示宏變量中儲能功率變化量的權重系數，β和T參數的含義與式一相同；

控制方法具體包括以下步驟：

步驟1、對電網頻率擾動進行檢測，進行風儲系統并網電力系統的頻率擾動檢測；

步驟2、當電網發生頻率擾動，采集當前時刻系統頻率，每臺風機的輸入機械功率和定子輸出電磁功率值，根據已知的初始電氣同步角頻率，風機固有機械慣量，計算得到式一表示的每臺風電機組虛擬電氣慣量與機械慣量的比值α_i，進而根據式二求出風電機組調速的變比例系數k；同時，根據式三求出飛輪儲能的功率指令值；

步驟3、風電機組的轉速控制器根據k調節最大功率跟蹤曲線，使轉子轉速參考值ω_ref變為不加控制時的k倍，進而改變風機轉子動能；

步驟4、飛輪儲能根據功率指令值，根據式四調節飛輪轉速，使飛輪儲能在頻率變化時釋放或吸收相應的功率，起到頻率支撐作用；

其中，ω_f0表示擾動初始時刻飛輪轉速，P_ref為步驟2中得到的飛輪儲能功率參考值。