[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

说明书

本发明公开了一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法，首先对风机不同输入风速和预留减载水平下所采取的一次调频方式进行区间划分。基于日前风速预测曲线，判断不同时段风机是否能参与系统调频及调频采用的有功控制策略，计算对应不同预留减载水平下风机参考转速和可释放的最大转子动能。最后，根据不同时刻风机运行风速和预留减载水平对应的一次调频策略，计算不同调频策略提供的备用功率。本发明可以准确定位风电场不同外界条件下一次调频方式和量化调频潜力，为实际工程提供指导。本发明方法应用于大规模风电调频控制中，能准确评估风电场调频潜力、为有功调度提供参考，有助于高风电占比系统运行的稳定性。

技术领域

本发明涉及电力系统频率稳定控制领域，尤其涉及一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法。

背景技术

随着电网中风电渗透率的不断提升，风电机组通过变频器接入电网，降低了系统的有效惯量，容易使系统发生较大的频率偏移。风电机组占比日益提高降低了系统应对扰动的能力，系统调频容量不足，对电网的安全稳定运行带来挑战。为减小风电渗透率的提高对系统惯量及频率稳定性造成的不利影响，一方面，风电场通过有功控制策略，通过释放转子动能响应电网频率变化；另一方面，风电机组进行减载控制实现持续有功功率储备从而具有一次调频能力，降低传统机组备用容量压力，提高风电接入系统的整体经济性。

现有的研究主要集中在风电场的有功控制策略制定以及各种调频策略之间的协调配合，对考虑风电场内风机所蕴含的调频潜力研究还比较匮乏。此外，现有对风机功率备用的研究存在一定的局限性，如风电场不同一次调频方式之间存在一定时间尺度的差异，在对风机调频潜力评估时应分别对不同调频方式的潜力进行量化分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法，能够准确评估风电机组蕴含调频潜力。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法，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。

作为本发明的优选，步骤1中，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，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，与风机叶尖速比和桨距角有关，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。