[发明专利]一种考虑最优转子惯性动能的双馈风电场频率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑最优转子惯性动能的双馈风电场频率控制方法，属于风电场频率控制技术领域。

背景技术

由于风电出力具有随机性、间歇性、波动性等特点，随着大量风电接入系统，势必增加系统常规调频备用容量需求。系统面临的频率稳定问题日益严峻，许多国家电网部门已明确规定并网风电场需参与系统调频。因此寻求在更小的弃风代价下获得期望的调频效果，或者在相同弃风条件下获得更好地调频效果，无论对于风电场运营商还是系统调度部门都有着积极意义。

本发明人已授权专利《一种考虑转子惯性动能的风电场旋转备用容量优化方法》以及本发明人已发表的期刊论文《考虑惯性动能的风电场旋转备用容量优化方法》将存储在各双馈风电机组内的转子惯性动能纳入到风电场旋转备用容量范畴，并分别提出了备用优化运行模式以及调度优化运行模式，其中在备用优化运行模式下，可缩减双馈风电场弃风量；在调度优化运行模式下可提供更多的旋转备用容量；但以上专利以及期刊论文均没有就双馈风电场旋转备用容量优化后的频率控制方法进行进一步地研究。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种考虑最优转子惯性动能的双馈风电场频率控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种考虑最优转子惯性动能的双馈风电场频率控制方法，包括以下步骤：

步骤1，当双馈风电场接收到调度中心下发的旋转备用容量指令时执行备用优化运行模式；当接收到减载备用指令d％时，执行调度优化运行模式；并调用风电场控制中心的优化计算程序，计算并获取各双馈风电机组减载备用运行时的转子转速ω_del0(i)以及桨距角β_del0(i)，i＝1,2,3…M，M为双馈风电场机群数(风速相同的双馈风电机组作为一个机群)；所述优化计算程序按照备用优化运行模式或调度优化运行模式数学模型，并利用Matlab优化工具箱中的Fmincon函数编写而成；

步骤2，为了充分利用双馈风电场内各机组内存储的转子惯性动能，本发明提出将转子惯性动能与纯机械减载备用容量之和作为旋转备用容量整定下垂系数，并每隔15min按照式(1)对各双馈风电机组下垂系数R_f整定(i)实时在线整定一次。由于执行备用优化运行模式或调度优化运行模式均需超速法与桨距角协调才能完成整个减载备用控制，因此减载备用后的双馈风电场参与频率控制时仍需采用超速法与桨距角协调控制方法(本文具体采用线性控制路径)。因此根据能量守恒方程，可以得到下垂系数R_f整定(i)整定计算式为：

上式中，i＝1,2,3…M，P_del0(i)为各双馈风电机组的减载运行时输出的有功功率；P_mppt(i)为各双馈风电机组按照最大功率跟踪控制方式输出的有功功率；Δf_band为设定的频率最大允许偏移阈值；ΔE_k(i)为各双馈风电机组存储的转子惯性动能；H_DG1为各双馈风电机组的惯性时间常数，本发明假定各双馈风电机组型号参数均相同；f_n为系统额定频率(Hz)；P_mec(i)为各双馈风电机组输入的机械有功功率，本发明采用线性控制路径，因此在频率下垂控制期间近似线性变化；T_response对应为频率下垂控制响应时间(一般取30s)；ω_opt(i)为各双馈风电机组按照最大功率运行控制方式时的转子转速，t为时间变量；

步骤3,系统频率监测单元一旦检测到频率偏差超过设定的死区频率偏移阈值时，双馈风电场将触发频率下垂控制单元。该频率下垂控制单元是在图1所示的传统频率下垂控制器基础上进行了两个修改：(1)图2(a)在图1(a)基础上增加了下垂系数整定单元；(2)图2(b)中是在图1(b)的桨距角控制器基础上将参考转速ω_rmax修改为ω_ref(i)：

其中，P_{n_DG}(i)为各双馈风电机组的额定装机容量；Δω_s为系统实时频率偏差；