[发明专利]基于分层预测控制的风储系统黑启动频率控制方法及系统

说明书

本公开提供了一种基于分层预测控制的风储系统黑启动频率控制方法及系统，采用虚拟惯量控制使风储系统表现类似同步发电机的惯性特征；通过预测模型得到系统频率偏差预测值；通过误差系数矩阵反馈校正系统频率偏差预测值；根据系统频率偏差校正值选择频率控制模式或备用恢复模式；依次计算不同控制模式的风场层优化和风机层优化；将最优控制序列应用于风电场、风机和储能控制系统。利用所提储能配置和频率控制方法能够以较低的储能配置成本，使风电场具备作为黑启动电源的能力。

技术领域

本公开属于风储系统黑启动频率控制技术领域，涉及一种基于分层预测控制的风储系统黑启动频率控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着新能源渗透率的不断提高、电力系统的网架结构和动态行为日益复杂，由于故障导致区域电网停电的风险不断增加。例如2003年北美大停电、2011年印度大停电，都造成了巨大的经济损失。因此为减少经济损失，必须缩短停电的时间，在停电区域快速恢复供电。在新能源发电占比较高的局域电网中，尤其当以风电为代表的新能源发电占主导时，仅依靠水电机组等传统黑启动电源难以满足快速恢复供电的需求；而且风电场作为主导电源应承担更多责任，更加积极主动地为系统提供辅助服务。因此采用风电场作为黑启动电源将成为必然选择。

在黑启动过程中，黑启动电源应能够提供稳定的功率，并且保持系统频率和电压的稳定。现在风电场中风机一般为双馈感应电机和全功率换流器的永磁同步电机，具有一定的有功和无功功率调节能力。目前关于风电参与系统频率调节的研究大多针对惯量响应和一次调频响应。由于风速的不确定性的影响，关于风电参与系统二次调频控制的研究较少。据发明人了解，目前的控制方法无法实现风电场作为黑启动电源时系统频率的快速无差调节。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于分层预测控制的风储系统黑启动频率控制方法及系统，本公开基于分层预测控制使风电场-储能系统实现系统频率快速无差调节。在风机和储能之间合理分配参考功率，尽可能挖掘风电场的控制潜力以适应不同的风况，同时保证风机的安全稳定运行。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种基于分层预测控制(Hierarchical Model Predictive Control,HMPC)的风储系统黑启动频率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：实时测量系统频率变化率(Rate of Change of Frequency,ROCOF)，采用虚拟惯量控制使风储系统表现类似同步发电机的惯性特征；

步骤2：在当前采样时刻，根据测量的系统频率、风机有功出力、储能有功出力和电量状态(state of charge,SOC)，通过预测模型得到系统频率偏差预测值；

步骤3：根据频率偏差预测历史误差，通过误差系数矩阵反馈校正系统频率偏差预测值；

步骤4：根据步骤3得到的系统频率偏差校正值选择频率控制模式或备用恢复模式，如果频率控制模式则转到步骤5，否则转到步骤6；

步骤5：计算频率控制模式风场层优化，得到各台风机和储能的参考功率控制序列；

步骤6：计算备用恢复模式风场层优化，得到各台风机和储能的参考功率控制序列；

步骤7：计算风机层优化，以风机叶片承受的机械载荷最小为目标，得到各台风机的转速和桨距角控制序列，并应用所述控制序列。

作为可选择的实施方式，上述步骤循环执行，在下一采样时刻，返回步骤2继续进行下一采样时刻的控制。

作为可选择的实施方式，在所述步骤1中，虚拟惯量控制包括低通滤波器、死区、和比例增益环节。