[發(fā)明專利]一種風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)頻的時(shí)變調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113036779B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張峰;李柏慷;丁磊;張用
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/48
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發(fā)明公開了一種風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)頻的時(shí)變調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法及系統(tǒng)，包括：基于不同機(jī)型和容量下同步機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和蓄熱能量關(guān)系，構(gòu)建風(fēng)電調(diào)頻能量聯(lián)動(dòng)分配模型；所述能量聯(lián)動(dòng)分配模型能夠在總量約束下聯(lián)動(dòng)分配虛擬慣量和一次調(diào)頻環(huán)節(jié)的能量；考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)偏移造成的機(jī)械功率減載能量，量化分析風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速分區(qū)下對應(yīng)的可利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能；根據(jù)所述能量聯(lián)動(dòng)分配模型計(jì)算等效時(shí)變調(diào)頻參數(shù)。本發(fā)明所提調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法在中低風(fēng)速下能夠提供涵蓋慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻，并具備明確的變系數(shù)計(jì)算方法，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻能量在兩個(gè)調(diào)頻環(huán)節(jié)的合理分配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)電調(diào)頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)頻的時(shí)變調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展趨勢下風(fēng)電滲透率持續(xù)提升，預(yù)計(jì)2030年風(fēng)電光伏裝機(jī)12億兆瓦以上，新能源消費(fèi)占比達(dá)到25％。在火電機(jī)組體量占比大幅降低的背景下，風(fēng)電必然將深度參與電網(wǎng)運(yùn)行控制，并將成為電網(wǎng)調(diào)頻的重要組成部分，且具備同時(shí)虛擬慣量和一次調(diào)頻的能力。然而，與同步機(jī)不同，同步機(jī)兩個(gè)調(diào)頻環(huán)節(jié)對應(yīng)不同的能量來源，分別對應(yīng)轉(zhuǎn)子動(dòng)能和鍋爐蓄熱，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和單位調(diào)節(jié)功率系數(shù)相互獨(dú)立。相比而言，非槳距角減載情況下，風(fēng)電虛擬慣量和一次調(diào)頻的能量均來源于轉(zhuǎn)子動(dòng)能，無法實(shí)現(xiàn)兩者的能量自然分配；同時(shí)，因風(fēng)機(jī)槳葉動(dòng)能隨風(fēng)速變化具有時(shí)變性，風(fēng)電調(diào)頻動(dòng)能總量也相應(yīng)在波動(dòng)。由此，作為調(diào)頻主力電源，風(fēng)機(jī)調(diào)頻應(yīng)全風(fēng)況下在虛擬慣量和一次調(diào)頻兩個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)頻能量具有聯(lián)動(dòng)改變的能力。為此，根據(jù)風(fēng)電調(diào)頻能量特點(diǎn)，建立風(fēng)機(jī)調(diào)頻參數(shù)與對應(yīng)能量的耦合關(guān)系，獲取體現(xiàn)風(fēng)電實(shí)際調(diào)頻能力的等效參數(shù)，使電網(wǎng)可實(shí)時(shí)感知風(fēng)電實(shí)際調(diào)頻能力，將成為當(dāng)前亟需開展的研究內(nèi)容。

目前，針對風(fēng)電調(diào)頻控制策略及參數(shù)等效問題，國內(nèi)外學(xué)者構(gòu)建了相關(guān)控制模型和等效方法。現(xiàn)有技術(shù)考慮雙饋風(fēng)機(jī)的固有慣性時(shí)間常數(shù)，并考慮調(diào)速器影響，等效計(jì)算了附加有功調(diào)頻環(huán)節(jié)的等效慣性時(shí)間常數(shù)；現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)風(fēng)機(jī)時(shí)變的槳葉轉(zhuǎn)子動(dòng)能對輔助虛擬慣量調(diào)頻控制策略進(jìn)行改進(jìn)，提升了風(fēng)機(jī)調(diào)頻的動(dòng)態(tài)性能；現(xiàn)有技術(shù)提出了基于線性增益的風(fēng)電調(diào)頻下垂控制策略，使增益數(shù)值為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的函數(shù)，并基于此尋求合適的線性函數(shù)。可以看出，上述研究關(guān)注虛擬慣量或一次調(diào)頻的單一環(huán)節(jié)，并設(shè)置固定調(diào)頻參數(shù)，然而并未考慮參數(shù)背后的調(diào)頻能量支撐，可能產(chǎn)生風(fēng)電調(diào)頻能力與參數(shù)不匹配的問題，尤其槳葉低轉(zhuǎn)速時(shí)該問題更為突出。

為適應(yīng)風(fēng)速變化導(dǎo)致的調(diào)頻能量波動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)提出雙饋風(fēng)機(jī)限功率運(yùn)行下變系數(shù)的調(diào)頻控制策略；或者通過改變調(diào)差系數(shù)對雙饋風(fēng)機(jī)與同步發(fā)電機(jī)參與電網(wǎng)調(diào)頻期間的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行研究；或者在不同風(fēng)況下通過對風(fēng)電調(diào)頻能力的分析制訂了適用于多風(fēng)況的變系數(shù)風(fēng)電調(diào)頻策略。由上述方案可以看出，該類方案關(guān)注于單個(gè)調(diào)頻環(huán)節(jié)的變系數(shù)控制，然而風(fēng)電成為重要調(diào)頻電源時(shí)，應(yīng)涵蓋慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻全程，并且調(diào)頻能量分配聯(lián)動(dòng)變化；另一類技術(shù)提出了涵蓋慣量和一次的聯(lián)合調(diào)頻控制策略，但未考慮兩者與能量的耦合，固定系數(shù)調(diào)頻，既忽略背后的能量，同時(shí)也無法實(shí)現(xiàn)能量聯(lián)動(dòng)分配。

綜上可以看出，風(fēng)電作為未來電網(wǎng)重要調(diào)頻資源，全風(fēng)況下調(diào)頻環(huán)節(jié)應(yīng)涵蓋慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻，同時(shí)如何構(gòu)建適合風(fēng)速不確定性的調(diào)頻能量聯(lián)動(dòng)分配機(jī)制，并具備可體現(xiàn)實(shí)際調(diào)頻能力的時(shí)變、可知的調(diào)頻參數(shù)，將成為電網(wǎng)運(yùn)行重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)頻的時(shí)變調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法及系統(tǒng)，從調(diào)頻本源能量的視角出發(fā)，考慮不確定槳葉轉(zhuǎn)速下的動(dòng)能分配機(jī)制，使虛擬慣量和一次調(diào)頻具備聯(lián)動(dòng)、可變和實(shí)時(shí)可知的等效參數(shù)，并能與實(shí)際調(diào)頻能力實(shí)時(shí)匹配，由此使得電網(wǎng)運(yùn)行可根據(jù)風(fēng)場風(fēng)速實(shí)時(shí)獲知風(fēng)場的實(shí)時(shí)調(diào)頻能力。

在一些實(shí)施方式中，采用如下技術(shù)方案：

一種風(fēng)電參與電網(wǎng)調(diào)頻的時(shí)變調(diào)頻參數(shù)設(shè)定方法，包括：

基于不同機(jī)型和容量下同步機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和蓄熱能量關(guān)系，構(gòu)建風(fēng)電調(diào)頻能量聯(lián)動(dòng)分配模型；所述能量聯(lián)動(dòng)分配模型能夠在總量約束下聯(lián)動(dòng)分配虛擬慣量和一次調(diào)頻環(huán)節(jié)的能量；