[发明专利]变速变频风电机组的一次调频方法和设备

说明书

本发明提供一种变速变频风电机组的一次调频方法和设备，所述一次调频方法包括：A)检测电网的当前频率；B)计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；C)当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率；D)当所述频率偏差超出频率死区时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。在根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法中，通过转矩和变桨协调控制参与电网系统的一次调频，具有更快的惯量响应速度，同时有效地避免了机组转子转速超速的问题，可实现风电机组稳定运行下快速准确地改变风电机组的输出功率。

技术领域

本发明涉及风力发电系统的控制技术领域，更具体地讲，涉及一种变速变频风电机组的一次调频方法和设备。

背景技术

电力系统运行是一个发电与负荷实时平衡的过程。当系统由于切机或者负荷突变等导致系统频率发生较大变化时，常规的同步发电机因其转速和系统频率之间具有耦合关系，其转子转速将随之自动变化，通过释放/吸收转子动能阻尼系统频率快速变化，然后通过一次调频使其系统频率趋于稳定。然而，目前运行最广泛的变速恒频风电机组，虽然采用了背靠背(back-to-back)变换器通过机网侧解耦控制实现了变速恒频运行，但这也导致机组与系统完全解耦，不再具备响应频率变化的能力，风电机组转子动能被变频器控制完全“隐藏”。从电力系统角度看，风电机组的转动惯量为零，因此大规模风电接入电力系统将会明显减弱系统的调频能力。为了补偿风电随机性带来的系统备用电源不足，消除风电机组无惯量响应能力产生的频率快速变化，维持系统频率稳定性，国内外已发布一系列电网导则明确提出并网风电场需要提供和常规发电厂一样的旋转备用、惯性响应以及一次调频等附属功能。随着变速恒频发电机组的深入研究可知，变速型风机具有较大的控制灵活性，通过调整控制目标和控制策略，可以使机组主动响应系统频率的变化，使其具备类似于传统同步发电机的惯性响应和频率调节能力。目前，风力发电机组主要通过转子惯性、转速超速和变桨方式进行有功功率控制，以参与系统一次调频。

转子惯性控制通过控制转子速度短时释放/吸收风电机组旋转体所存储的部分动能以快速响应系统频率的暂态变化，但其持续时间较短且频率恢复期间容易造成频率二次污染，并且在低频低风速和高频高风速情况下难以提供有效调频功率。转速超速控制则是控制转子超速运行，使风机运行于非最大功率捕获状态的次优点，保留一部分的有功功率备用，用于一次频率调节。但该方法受风速随机性影响较大且会降低风电场的发电效益。变浆控制通过控制风机的桨距角保留一部分备用容量，该方法的响应速度较慢且增加变桨系统的疲劳度降低机组运行寿命。

综上所述，目前变速变频风力发电机组缺少有效的一次调频控制技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可进行快速准确调频的变速变频风电机组的一次调频方法和设备。

本发明的一方面提供一种变速变频风电机组的一次调频方法，所述一次调频方法包括：A)检测电网的当前频率；B)计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；C)当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率，其中，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值；D)当电网的当前频率大于标准频率时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，或者，当电网的当前频率小于标准频率时，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较，当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。

可选地，步骤D)还包括：当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调整控制风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，其中，调整风电机组的转矩给定值的步骤包括：根据所述第一功率和风电机组的转速计算得到第一转矩给定值，将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。