[发明专利]一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法

权利要求书

1.一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：假设风电机组优先采用超速减载控制，根据不同风机一次调频方式运行特点，对超速减载控制、桨距角控制和两者共同作用下所处于预留减载水平和运行风速区间进行划分；

步骤2：基于日前风速预测曲线，判断各时刻风机是否能参与调频，对于可参与系统调频时刻，根据步骤1中的运行区间的划分方法，确定当前风速下实现预留减载水平的采用的一次调频方式，求解不同预留减载水平下的风机参考转速和最大可释放转子动能；

步骤3：根据风机预留减载水平和参考转速，计算不同时刻超速减载控制与桨距角控制的备用功率；

所述的步骤1具体如下：

风机的输出可以表示为：

式中，ρ为空气密度，C_p为风能利用系数，R为风轮半径，v为风机输入风速；

其中，

式中，λ为风机叶尖速比，β为风机桨距角，v为风机输入风速，

设风机一次调频初始减载d％运行，减载运行后风机的有功输出可以表示为：

式中，P₁为风机最大功率跟踪时的有功输出，ρ为空气密度，C_pde为减载后风机风能利用系数，C_pmax为风机最大功率跟踪时风能利用系数，R为风轮半径，v为风机的实际输入风速；

当前风速超过临界风速时，采用超速减载控制与桨距角控制共同作用实现预留减载方案，单独超速减载控制时β＝0，临界风速与预留减载水平存在唯一的对应关系：

(1-d％)C_pmax-C_pde＝(1-d％)C_p(ω_opt，v_lim，0)-C_p(ω_max，v_lim，0)＝0

式中，C_pde为减载后风机风能利用系数，C_pmax为风机最大功率跟踪时风能利用系数，v_lim为预留减载水平d％时对应的唯一临界风速，ω_opt为v_lim根据最优叶尖速比对应的唯一转速，ω_max为风机风轮最大转速；

通过上式计算各预留减载水平对应的唯一临界风速，拟合得到预留减载水平和临界风速关系曲线；

当风速低于临界风速时，风机采用超速减载控制实现预留减载水平；当风速高于临界风速且低于额定风速时，风机采用超速减载控制与桨距角控制共同作用实现预留减载水平；当风速高于额定风速时，风机采用桨距角控制实现预留减载水平；

所述的步骤2具体为：

当风速低于临界风速时，d％预留减载水平下，风机的参考转速可通过下式计算：

(1-d％)C_pmax-C_pde＝(1-d％)C_p(ω_opt，v，0)-C_p(ω，v，0)＝0

式中，C_pde为减载后风机风能利用系数，C_pmax为风机最大功率跟踪时风能利用系数，v为风机的实际输入风速，ω_opt为根据最优叶尖速比对应的唯一转速，ω为待求参考转速；

当风速高于临界风速时，d％预留减载水平下，风机的参考转速等于风机风轮最大转速：

ω＝ω_max

风机最大可释放转子动能可表示为：

式中，H为风机固有惯性时间常数，ω为风机参考转速，ω_min为风机参与调频转速下限；

所述的步骤3具体为：

设定风机初始减载d％运行，风机的有功总备用功率ΔP_de可以表示为：

式中，C_pmax为风机最大功率跟踪时风能利用系数，R为风轮半径，v为风机的实际输入风速，Δ_Pd_e1为风机通过超速减载控制实现的备用功率，ΔP_de2为风机通过桨距角控制实现的备用功率；

设d％预留减载水平下参考转速为ω，风机输入风速为v，风机超速减载控制的备用功率ΔP_de1可表示：

式中，ρ为空气密度，C_pmax为风机最大功率跟踪时风能利用系数，R为风轮半径；

风机桨距角控制的备用功率ΔP_de2可表示：

ΔP_de2＝ΔP_de-ΔP_de1

式中，ΔP_de为风机的有功总备用功率，ΔP_de1为风机通过超速减载控制实现的备用功率。