[发明专利]风电场闭环有功功率的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场闭环有功功率控制方法，尤其涉及一种考虑变桨机组动态响应的风电场闭环有功控制方法，属于风电场控制技术领域。

背景技术

风力发电具有间歇性、波动性和随机性，不能提供稳定的发电功率。为了应对大规模风电接入给电网有功调度和安全稳定带来的巨大压力和新的挑战。GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》和国家电网公司出台的《风电调度运行管理规范》等规范风电并网运行的技术标准，并明确要求，风电场应具备有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。

近几年，国内外学者针对风电场闭环有功功率控制展开大量研究，关于风电场有功功率控制协调分配的成果整体分为两类。一类是以降低损耗、优化运行为目标展开研究。另一类，部分学者从有功控制能力的角度展开研究。

然而，在上述研究的分析过程中均未考虑风电机组的动态响应过程，仍存在以下两点问题：一方面机组间响应特性存在差异性，难以同时完成下发的给定功率，这会导致闭环过程中控制指令下发时间存在严重超前或滞后，稳态精度较低；另一方面风电场通常由几十台甚至上百台风力发电机组成，在协调分配计算时计算时间长，占用内存大，实现困难。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种考虑变桨机组动态响应、计算过程相对简单且准确反映机组外特性的风电场有功功率的控制方法。

一种风电场闭环有功功率的控制方法，包括以下步骤：根据调度对风电场时间尺度的需求，对变桨风电机组模型进行降阶，得到变桨风电机组简化模型；依据变桨机组简化模型，量化变桨风电机组调整时间，得到基于变桨风电机组降阶模型的等效时间常数；以风电场闭环最优动态响应为目标，并根据含多种不同类型风电机组的风电场运行状态与动态风速信息，计算得到分配给变桨风电机组的给定功率。

相对于现有技术，本发明提供的风电场闭环有功功率的控制方法，考虑风电机组间参数与工况差异等状态信息，根据风电机组响应特性，消除了机组参数不同、风资源波动性导致的机组响应特性的差异，从而能够准确反映机组调整时间，并且使得风电机组能够在相同时间内完成给定功率，缩短了闭环周期，改善了风电场闭环动态特性。

附图说明

图1为本发明提供的风电场闭环有功功率的控制方法的流程示意图。

图2为本发明提供的风电场闭环有功功率的控制方法中变桨风电机组结构的示意图。

图3为本发明提供的风电场闭环有功功率的控制方法中线性化后风电机组线性化模型的结构示意图。

图4为本发明提供的考虑机组差异性和风资源波动性的闭环风电场等效变换示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

请参阅图1，本发明提供一种考虑变桨机组动态的风电场闭环有功功率的控制方法，主要包括以下步骤：

步骤S10，根据调度对风电场时间尺度的需求，对变桨风电机组模型进行降阶，得到变桨机组简化模型。

步骤S20，量化变桨风电机组调整时间，得到基于变桨风电机组降阶模型的等效时间常数。

步骤S30，以风电场闭环最优动态响应为目标，并根据含多种不同类型风电机组的风电场运行状态与动态风速信息，计算得到分配给变桨风电机组的给定功率。

在步骤S10中，所述变桨机组的简化模型的获取包括如下步骤：

步骤S11，根据风电机组风能捕获原理，得到变桨风力机的转子运动方程。

所述风电机组输出的有功功率主要决定于风力机所捕获的风能，变桨风力机捕获风能产生的机械转矩如下：

式中：C_P为变桨风力机的风能捕获系数；ρ为空气密度；R为叶轮半径；v_wind为风速；ω_r为变桨风力机转速。变桨风力机的风能捕获系数C_P是风速、风力机转速和桨距角的函数，即：

式中，λ为变桨风力机叶尖速比，β为桨距角；c₁-c₆为常数。

在单质量块模型中，可忽略机械损耗，则变桨风力机的转子运动方程为：

式中：T_m为风力机捕获的机械转矩；T_e为风电机组输出的电磁转矩；J为变桨风电机组的转动惯量。

其中，电磁转矩工作在最大功率跟踪模式，与转速关系如下式所示：