[发明专利]一种基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频方法

说明书

本发明公开了属于新能源技术领域的一种基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频方法，使得风机在无扰动和系统负荷增大下进行最大功率点跟踪，实现发电效益最大化；负荷减小则一次频率调节控制启动，根据频率偏差及虚拟惯性控制得到附加功率叠加到最大功率跟踪下的输出功率中，得到最终参考功率实现频率调节；为了实现一次调频时所需的备用容量供给，将超级电容器经过双向DC/DC变换器与双馈风电机组直流侧母线电容相连，网侧变流器的作用是维持直流母线电容电压的稳定，超级电容储能装置的放电功率通过网侧变流器直接流向负荷侧。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频方法。

背景技术

根据国际能源机构(International Energy Agency，IEA)公布的数据，自2009年以来风电在能源结构中的占比逐年增加，平均每年增长0.44％，2017年，风力发电占全球能源需求量的5.6％，风电渗透率具有持续增长趋势。双馈风电机组的变频器控制策略可以实现将有功、无功进行解耦，且实现变速恒频功能，是主流机型之一。由此带来的问题是DFIG转子转速和系统频率无耦合关系，风电的大规模并网必会降低系统调频能力。此外，DFIG通常处于最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)运行状态，没有备用容量进行一次频率调节，也进一步加剧了风电并网的频率稳定问题。

国内外针对风电机组的频率响应开展了较多研究，提出了一些成熟控制方法以满足电网友好型风电场的建设需求。例如在MPPT的基础上叠加虚拟惯性控制和下垂控制，有效增加系统的等效惯量和阻尼，但下垂控制并未改变DFIG捕获的机械功率，因此只能在一定程度上缓解频率下降速度，可能造成频率二次下降；若预先控制DFIG减载运行，就可以留有功率裕度使风机持续参与调频。若直接通过桨距角调节获得备用并参与调频，但机械调节精度低速度迟缓，且考虑到实际运行中一般桨距角固定、不调，有利于变桨控制系统安全、可靠及延长寿命。还有的方法调整了最大功率跟踪曲线，使得风机运行在次优功率曲线上，以此来获得一定备用容量，但超速控制减小了频率升高扰动下的转速调节范围，降低了频率调节能力。并且以上两种控制方式均未考虑到DFIG自身发电效益，降低了风能利用率。如何合理配置风电机组的调节机制来缓解发电效益和系统稳定性之间的关系，是目前需要解决的问题。

另一方面，储能装置已广泛应用于风电场，当前已有方法在DFIG背靠背变流器直流母线侧并联电池和超级电容器组储能单元以平抑风速波动，平滑功率输出；在直流母线并联超导储能单元以改善DFIG应对低压事件的动态性能，为DFIG配备储能装置参与系统调频提供了可能性。还有在储能技术的依托下对风电场的虚拟惯量进行补偿的策略，但风电机组本身不具备自主运行参与系统调频能力。

发明内容

结合上述存在的问题，有必要将双馈风电机组的一次频率调节策略进行改进，本发明兼顾DFIG运行的经济性和系统频率稳定性，提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略。该策略在最大功率跟踪模式的基础上进行改进，当出现负荷减小的单一扰动时，其转速调节深度明显优于传统超速减载控制，可提高频率调节能力；负荷增加扰动下则由储能装置为风电场提供备用容量参与系统调频，实现DFIG不损失发电效益的基础上在全工况下均具有一次频率调节能力；在源荷随机波动场景下也无需桨距角调节就可以达到优于传统超速减载控制的频率调节能力且显著提高发电效益。