[发明专利]一种并网风电功率综合调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网风电系统，尤其涉及一种并网风电功率综合调控方法。

背景技术

风电功率具有强波动性和不确定性，且在现有风机控制策略下几乎不响应电网频率的变化。因此，在高渗透率风电接入情况下，为了实现电力系统的有功实时平衡，保证供电的充裕性、可靠性和电能质量，往往需要很大量的旋转备用，从而影响了电网运行的经济性。同时，大规模风电并网导致电网惯量降低的问题也正在引起高度关注，风机制造厂家已在开发风机的惯量控制模块，以响应电网频率的动态变化。如何减小风电功率波动，且使其具有类似于常规机组的电网频率响应能力，以增强风电功率的电网友好性，是风电可持续、大规模发展的重要课题。

当前，在风电机组功率调控方面已有较多研究，大致可归纳为２种途径，其一是风电机组本身的控制，其二是利用储能技术。第一种途径的实现方法主要包括风机转子动能控制、备用功率控制和联合控制（即将前２种方法联合应用）3 种。该类方法几乎不需要额外的硬件投入，可以减少投资成本，但是存在控制器设计复杂、风能利用率降低、风机机械疲劳增加等不足。同时，这类方法宜于在风机设计制造时实现，对于已投运的机组改造成本则会很高，可操作性较差。

快速储能装置以电力电子作为能量转换接口，具有快速的功率响应能力，能够实现功率的双向调节。利用储能对并网风电功率进行调控，能够获得相对更好的功率特性和经济性，储能技术的快速发展为增强风电功率可控性提供了一条有效途径。

发明内容

为了克服风电功率波动抑制的难题，本发明提出一种并网风电功率综合调控方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出一种新型的利用利用飞轮储能FESS改善并网风电功率特性的综合控制方法。

一种并网风电功率综合调控方法包括风电功率综合调控系统、虚拟惯量控制、一次调频控制和功率平滑控制四个部分。

所述风电功率综合调控系统由双向功率变换器、升压变压器、多台风机及多个控制单元组成。

所述虚拟惯量控制包括虚拟惯量控制和储能相位补偿两个部分。

所述一次调频控制由死区环节、高通滤波环节和比例环节构成。

所述功率平滑控制采用模糊推理的方法确定FESS的输出功率参考值。

本发明的有益效果是：本发明所提控制策略能够虚拟出风电系统的转动惯量，同时使FESS可以在平滑功率控制和频率响应控制2 种工作模式下无缝灵活切换，从而取得了较好的功率调控效果。在抑制风电功率波动的同时，可以响应电网频率的变化，虚拟出类似于常规机组的惯量响应特性，并可以灵活切换到频率控制模式下，参与电网的一次调频，从而有效减小风电并网对电网频率稳定的负面影响。

附图说明

图1 风电功率综合调控系统。

图2 虚拟惯量控制。

图3 一次频率控制。

具体实施方式

图1中，FESS 通过AC/DC/AC 双向功率变换器（由系统侧变换器（SSC）和飞轮侧变换器（FSC）构成）和升压变压器T2接在风电场出口交流母线B2处，多台风机通过汇流母线B1和升压变压器T1也接在母线B2处，两者并联后经过二次升压接入大电网。其中，FESS 采用基于永磁同步电机的FESS等效模型，而风电场则由DFIG风电机组构成。FESS的控制系统主要由虚拟惯量控制、频率响应控制和功率平滑控制3个模块组成。虚拟惯量控制模块以电网频率信号作为输入，通过控制器设计使WF-FESS 对外表现出类似于同步发电机惯量的频率响应特性，从而增大整个电力系统的惯量，使电力系统在负荷波动引起频率变化时，频率的变化速度变慢，有利于电网频率稳定。功率平滑控制和频率响应控制2种工作模式可以互相切换，其取决于选择开关S的位置。一般情况下，电网频率能够维持在规定的频率上下限范围内，此时控制系统工作于功率平滑控制模式（选择开关S处于b位置），FESS 主要用于抑制风电功率波动；而当电网频率越限时，控制系统切换到一次调频控制模式（选择开关S处于a位置），从而使FESS 响应电网频率的变化，参与一次调频过程，帮助电网频率恢复。当频率恢复到允许的范围内后，FESS重新切换到平滑功率控制模式下工作，在抑制风电功率波动的同时，调整FESS荷电状态，使其尽可能保持在合适的荷电状态下。

图2中，控制器以电网频率为输入，以用于惯量响应的FESS 功率指令值为输出，包括2个控制环节，第1环节用于实现模拟同步发电机转动惯量响应；第2环节是一个比例-微分相位补偿环节，为了补偿由FESS的功率响应过程引起的相位滞后。