[發明專利]一種適用于多種系統運行工況的風電調頻方法

有效

• 申請號: 202110703438.6
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113270902B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 楊德健;許益恩;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
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王毅

本發明屬于可再生能源并網技術領域，具體涉及一種適用于多種系統運行工況的風電調頻方法。本發明在電力系統頻率支撐和風力發電機組轉速恢復兩個階段，分別借助不同的函數構建風力發電機組下垂控制系數的整定式，首先在電網頻率支撐階段，采用指數函數將風力發電機組下垂控制系數和電網頻率偏差耦合，有效地提升了風力發電機組自身頻率響應能力，實現風力發電機組在大擾動場景下充分利用轉子動能為電網提供頻率響應服務；其次，在風力發電機組轉速恢復階段，借助一次遞減函數在設定時間內將控制系數逐漸減少至零來平滑地解除下垂控制，從而實現可控的風力發電機組轉速恢復的目的，同時避免了因風力發電機組有功突變而造成的電網頻率二次跌落。

技術領域

本發明屬于可再生能源并網技術領域，具體涉及一種適用于多種系統運行工況的風電調頻方法。

背景技術

隨著“碳達峰，碳中和”戰略的提出，近些年可再生能源發電發展迅速，我國電網中包括風電、光伏、等可再生能源發電比重不斷增加，以新能源為主體的新型電力系統已然成為我國電力系統發展的必然趨勢。其中，風電憑借分布范圍廣、開發成本較低、發電技術較成熟等優勢，在可再生能源發電中占據重要地位。然而，由于風功率具有波動性、隨機性等特點，風力發電機組輸出功率不穩定，嚴重威脅電網的穩定運行。此外，與傳統同步機發電機組相比，為發電效益最大化，風力發電機組多采用最大功率追蹤控制，無法為電網提供有功備用，且通過電力電子變流器接入到電網，導致其轉子轉速與電網頻率解耦，進而造成電力系統整體慣性水平和一次調頻能力下降。在電網發生擾動時系統最大頻率偏差增大，隨著風電滲透率的日益提高，這種現象將愈發嚴重。由此可見，電力系統的頻率穩定性及其安全穩定運行勢必會面臨巨大的挑戰。

模擬同步機組功-頻特性的風力發電機組下垂控制因控制簡單、充分挖掘了風力發電機組具有豐富旋轉動能這一優點來減小系統最大頻率偏差得到了較為廣泛的研究與應用。目前，常見的風力發電機組下垂控制包括恒增益和變增益兩類技術方法：恒增益下垂控制，由于受到恒定控制參數的限制，風力發電機組不能充分利用自身旋轉動能，制約了風力發電機組為電網提供頻率支撐的能力；因此，可根據風力發電機組轉速實時調整下垂控制系數大小的變增益下垂控制，在一定程度上改善了風力發電機組頻率響應能力，然而當電力系統遭受大擾動時，電網需要更多的有功出力，基于風力發電機組轉速的變增益方法往往不能充分支撐系統頻率。其次，借助下垂控制，風力發電機組利用轉子動能參與調頻后風力發電機組轉速偏離最大功率追蹤狀態，不利于風力發電機組的經濟運行。此外，在高風電滲透水平下，風力發電機組轉速恢復過程會導致電力系統較大的功率缺額，容易造成二次頻率沖擊，這使得參與調頻后風力發電機組的轉速恢復成為當今研究熱點之一。目前，現有風力發電機組轉速恢復的控制策略，通過解除附加的有功增量，使風力發電機組輸出功率直接轉換為最大功率追蹤控制狀態，從而實現轉速恢復的目的，然而受有功突變影響，在轉速恢復階段勢必會引起電網頻率二次跌落。綜上，如何在電網發生大擾動時更加充分地利用風力發電機組旋轉動能來提高風電場頻率支撐能力及調頻后風力發電機組轉速恢復時造成的頻率二次跌落的問題亟待解決。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的不足，提出了一種適用于多種系統運行工況的風電調頻方法。本發明在電力系統頻率支撐和風力發電機組轉速恢復兩個階段，分別借助不同的函數構建風力發電機組下垂控制系數的整定式，首先在電網頻率支撐階段，采用指數函數將風力發電機組下垂控制系數和電網頻率偏差耦合，有效地提升了風力發電機組自身頻率響應能力，實現風力發電機組在大擾動場景下充分利用轉子動能為電網提供頻率響應服務；其次，在風力發電機組轉速恢復階段，借助一次遞減函數在設定時間內將控制系數逐漸減少至零來平滑地解除下垂控制，從而實現可控的風力發電機組轉速恢復的目的，同時避免了因風力發電機組有功突變而造成的電網頻率二次跌落。

本發明為實現上述發明目的，采取的技術方案如下：

一種適用于多種系統運行工況的風電調頻方法，包括以下步驟：

S1：利用鎖相環實時計算電網瞬時頻率，當電力系統發生擾動導致電網頻率偏移超出設定的死區時，啟動雙饋風力發電機組下垂控制，并繼續執行步驟S2；否則，重復步驟S1；