[发明专利]一种计及双馈风机动能吞吐能力的频率控制方法

说明书

本发明具体涉及一种计及双馈风机动能吞吐能力的频率控制方法。本发明在频率偏差为正与负时分别进行频率控制；频率偏差为正时，从电网中吸收冗余的有功存储到风机，减少系统有功功率冗余；频率偏差为负时，从风机的旋转部分有效地释放动能到电网中，补偿系统有功功率缺额；从而实现双馈风力发电机组主动频率控制，改善频率稳定性，为同步发电机参与系统调频提供响应时间。采用不同的频率控制参数提供系统频率支撑能力；提出的频率控制参数能够充分利用风机储存和释放旋转动能的能力进行频率控制；频率偏差为负时，提出的控制参数可以防止风机失速；频率偏差为正时，提出的控制参数可以避免过多的启动桨距角控制，减少风机机械疲劳问题。

技术领域

本发明具体涉及一种计及双馈风机动能吞吐能力的频率控制方法，属于风力发电控制技术领域。

背景技术

随着风电并网容量日益增加，传统同步发电机组不断的被风力发电机组取代，尽管如此,风能固有的间歇性、随机性和波动性特点给电力系统的安全运行带来了巨大挑战。双馈风力发电机是目前市场中应用最广泛的一类风机；该类机组虽然具有高效率与控制技术先进的优势；但是其转子侧变流器在不同风速下实现最大功率跟踪运行的同时也导致转子转速与系统频率无耦合关系，使得系统旋转惯量和系统调频能力下降，导致扰动时频率的偏移容易超出安全范围；此外，风电机组与常规火电机组相比，其承受高频与低频能力差，扰乱期间容易受频率异常影响，导致风机大规模脱网现象，从而造成严重的有功功率缺失，致使系统频率骤降，引发严重的电力系统连锁问题。因此，随着电力系统的系统结构的改变和风电的持续并网，电网频率稳定性势必面临巨大的挑战。

相同装机容量情况下，风力发电机的惯性时间常数远大于同步发电机的惯性时间常数，并且具有更宽广的转速安全运行范围。因此，双馈风机可以视为系统频率支撑的一种有效手段。通过在双馈风机变流器控制器中附加基于频率偏差的控制方法使风机的转速与频率刚性耦合，这种控制方法通过频率偏差的正负，决定风机的工作方式，即在频率偏差为正时,将系统冗余的有功储存在风机转子中；在频率偏差为负时,将风机中的储存的旋转动能释放到电网中，补偿系统有功缺额，改善频率稳定性，减少系统有功备用，这使得风力发电机组频率控制成为当今的研究热点之一。目前，现有系统频率控制的技术方法，由于受到恒定控制参数的影响，不能充分利用风机的旋转动能，从而制约了风机提供系统频率控制的能力，或风机过度的释放风机中的旋转动能，进而造成风机参与系统频率控制过度的问题；因此，如何设定风机的频率控制参数是今后迫切解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种计及双馈风机动能吞吐能力的频率控制方法。本发明在频率偏差为正时，采用的频率控制参数与风机存储动能的潜力成正比例关系，其目的是根据风机不同运行工况存储适当的旋转动能；减少系统冗余的有功功率及减少桨距角启动次数和时间，提高频率稳定性；在频率偏差为负时，采用的频率控制参数与风机释放动能的潜力成正比例关系，其目的是根据不同风机运行工况释放合适的旋转动能，补偿系统有功功率缺失及避免风机失速现象发生，减少最大频率偏差，实现可控的风力发电机组频率控制。

本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

一种计及双馈风机动能吞吐能力的频率控制方法，包括以下步骤：S1：根据风电场与电网公共耦合点的电压计算系统电网瞬时频率，当电网瞬时频率超出设定的死区范围时,启动风机的系统频率控制；若在设定的死区范围内，继续工作在最大功率追踪控制；S2：根据电网瞬时频率，计算出系统频率偏差Δf，并且判断系统频率偏差Δf的正负；S3：根据采集风机的转子转速，分别计算系统频率偏差Δf为正时采用的频率控制参数AG_OF(ω_r)和系统频率偏差Δf为负时采用的频率控制参数AG_UF(ω_r)；