[发明专利]一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法

说明书

本发明具体涉及一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法，属于可再生能源并网技术领域。本发明通过在风机转子侧控制回路中附加频率下垂控制，短暂地释放风机中存储的旋转动能补偿系统的有功缺失。本发明的下垂控制系数随转子转速增加而攀升，即在高转子转速时，充分释放旋转动能来弥补系统有功缺失，在低转子转速时，释放适量的旋转动能来弥补系统有功缺失，并不引起风机转速失稳问题和严重的二次频率跌落；此外，下垂控制系数随风电渗透率增加而降低，避免在高风电渗透率时出现频率超调现象，不仅可以提高风机并网能力，改善系统频率调频能力，还为高风电并网提供保障及减少调频用储能装置的使用，促进风力发电的商业化发展。

技术领域

本发明具体涉及一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法，属于可再生能源并网技术领域。

背景技术

随着风电并网容量日益增加，由于控制策略的原因，风机的转速与系统频率不存在耦合关系，导致系统旋转惯量及调频能力下降。系统发生有功功率不平衡时，容易导致频率的偏移超出安全范围，甚至启动低频减载装置。在相同容量情况下，双馈风力发电机的惯性常数大于同步发电机的惯性常数，并且具有宽广的转速运行范围。因此，双馈风机可以视为有效的系统调频手段。在风机转子侧变流器控制器中附加基于频率偏差的下垂控制策略，风机能够主动提供系统调频能力，进而实现风机的转速与系统频率的刚性耦合。然而，在不同风速时，风机的有效动能存在差异；因此，现有的方法受到的恒定系数影响，在不同风速下限制了风机提供频率支撑的能力，容易造成系统调频能力不足或调频过度的问题。此外，在高风电渗透场景下，若采用同样的下垂控制系数，容易引起系统频率调频过度以及造成严重的二次频率跌落问题。因此，如何整定适用于多种电渗透的频率下垂控制参数，实现可控的频率下垂控制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，提出了一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法。本发明通过有效地释放风机的旋转动能，使双馈风力发电机组主动参与系统调频；自定义的频率下垂控制系数随风机转速及风电渗透率变化而改变，实现可控频率下垂控制，解决风机失稳、系统调频能力不足及超调问题，为同步发电机组启动一次调频提响应供时间，协助同步发电机遏制频率变化。

本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

一种适用于多种风电渗透率的风机可控频率下垂控制方法，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，判断电网瞬时频率是否超出设定的死区范围；若超出设定的死区范围时，启动频率下垂控制；若在设定的死区范围时，继续工作在最大功率追踪控制；

S2：根据采集风机的转子转速与风电渗透率计算出频率下垂控制系数R_DFIG(ω_r)，其计算公式为：

公式(1)中，R_DFIG(ω_r)为频率下垂控制系数，K为频率下垂控制因子，ω_r和ω_min分别为风机转子转速和风机最小转速，n为风电渗透率因子；

S3：根据电网瞬时频率，计算出系统频率偏差Δf；

S4：根据系统频率偏差Δf和频率下垂控制系数R_DFIG(ω_r)，计算出频率下垂控制的有功变化量ΔP，其计算公式为：

ΔP＝Δf×R_DFIG(ω_r) (2)

公式(2)中，ΔP为频率下垂控制的有功变化量；

S5：将频率下垂控制的有功变化量ΔP附加到转子侧控制中，计算风机的有功功率输出值P_ref，其计算公式为：