[发明专利]一种变速风电机组参与电力系统调频的方法

说明书

本发明提供了一种变速风电机组参与电力系统调频的方法，该方法包括以下步骤：①初始化功率裕度、浆距角、有功指令、转速等；②判断转速是否大于额定转速；③若转速大于或等于额定转速则确定电磁转矩，若转速小于额定转速则利用图1减载曲线进行超速控制直至转速大于或等于额定转速；④确定电磁转矩并应用桨距角与转矩的关系曲线确定最佳电磁转矩对应的浆距角；⑤判断系统频率是否正常，若正常则返回步骤②；若不正常，则释放转子动能以响应系统频率变化。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种变速风电机组参与电力系统调频的方法。

背景技术

风能作为重要的可再生能源，在未来能源发展中占有重要地位，随着风电渗透率不断提高，电力系统的频率稳定性问题也随之加大。目前广泛采用的变速风电机组，虽然采用了交流变频控制，但其解耦控制使机组的有功功率无法响应系统频率变化。这种风电机组通常运行于最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制方式下，使其转子动能被埋没且不提供有功备用，在有外界扰动时无法提供惯性支持。为防止系统频率突变，一般需要通过惯量响应使发电机有足够的时间调整发电功率以重建功率平衡。由于变速风电机组具有灵活、可控的有功调节能力。因此，可以利用机组的快速有功调节功能，存储或释放转子动能，虚拟出惯量响应。利用风电机组参与对电力系统进行调频的方案是理论研究的热点，但现有技术并不能充分发挥风电机组自身的调频能力。

发明内容

针对上述问题和现有技术的不足，本发明提供了一种变速风电机组参与电力系统调频的方法，该方法包括以下步骤：①初始化功率裕度、浆距角、有功指令、转速等；②判断转速是否大于额定转速；③若转速大于或等于额定转速则确定电磁转矩，若转速小于额定转速则利用图1减载曲线进行超速控制直至转速大于或等于额定转速；④确定电磁转矩并应用图2桨距角与转矩的关系曲线确定最佳电磁转矩对应的浆距角；⑤判断系统频率是否正常，若正常则返回步骤②；若不正常，则释放转子动能以响应系统频率变化。

进一步地，所述步骤③中应用T-ω曲线进行超速控制，让转子转速超越MPPT运行点，机组功率下降实现减载，在该操作范围内桨距角为0°；当超速控制无法满足减载要求时，启用变桨控制。

进一步地，所述步骤④中电磁转矩的计算过程是：定义功率裕度x(以pu为单位)为产生的功率与可从风中提取的最大功率P_opt之比，在数学上，这可以表述为：从该风速开始，直到风力机的额定风速，通过适当组合桨距角和转矩来实现所需的功率裕度，在数学上，功率裕度(1-x)的补充可以表示为：其中，为每一个功率裕度所对应的最小风速，针对每个风速和功率裕度x，求解该等式，计算每种情况下所需的桨距角，对于每种组合，可以找到减载所需的最佳转矩：

进一步地，所述步骤④中图2桨距角与转矩的关系曲线的计算过程为：对于步骤③中每个功率余量x，存在与额定风速下的减载操作点相对应的桨距角β_max，从该桨距角开始，所需的减载操作的电磁转矩变得恒定，因此它被计算为：

本发明的有益效果在于：提出了结合虚拟惯性和减载调频的变速风电机组频率控制方法：

1、通过初始化功率裕度，桨距角，转速，有功指令等数据判定转速的大小。

2、计算得出电磁转矩来确定与其相对应的桨距角。

3、风电机组变桨控制粗调联合超速控制精调进行减载控制。

4、变速风电机组通过结合减载备用和虚拟惯性控制进行频率调节。

5、减载运行留有有功备用为虚拟惯性控制提供有功支撑。

附图说明

图1：变速风电机减载最优T-ω曲线图；

图2：桨距角与转矩的关系曲线图。

图3基于减载备用和虚拟惯性控制协调频率控制示意图；