[发明专利]一种风储系统基于双层协同控制的调频方法

权利要求书

1.一种风储系统基于双层协同控制的调频方法，其特征在于，通过对风电机组和储能分别施加控制，实现风场中不同风机间的协同以及储能与风电场间的协同，具体为

风机基于变比例系数调速的内层协同控制策略：利用比例系数乘以实现风机最大功率跟踪的转速参考指令曲线，当系统频率受扰变化时，通过比例系数的协同控制修正风电机组的转速参考指令以调节转速，进而实现基于转子动能调节为系统提供频率惯量支撑；定义一个风场中共有n₁台风电机组，首先采用式一确定当前时刻风电机组虚拟电气惯量对轴系机械惯量的比值，

式一中，α_i是风电场中第i台风机当前时刻虚拟电气惯量与其轴系固有机械惯量的比值，ω_e是电网同步电气角频率，Δω_e是同步电气角频率与其额定值的偏差，n₁是风场中的风机台数，是同步电气角频率与其额定值偏差的变化率，P_wm,i和P_ws,i是第i台风机的输入机械功率和定子输出电磁功率，J_w,i和J_w,l分别是第i台风机和第l台风机的轴系固有机械惯量，ω_r,l是第l台风机的转子转速，t₀是扰动初始时刻，是t₀时刻第l台风机的转子转速，是t₀时刻的系统同步电气角频率，β和T都是协同控制参数，其中β为根据协同原理设计的宏变量中同步电气角频率偏差量的权重系数，T为宏变量从初始状态收敛至控制流形的时间常数；

根据式一确定的虚拟电气惯量对轴系机械惯量的比值，采用式二进行风电机组提供频率惯量支撑的变比例系数调速控制，

式二中，和分别是扰动初始时刻t₀的转子转速和系统电气角频率，k是调节最大功率跟踪曲线的比例系数；

飞轮储能调频响应的外层协同控制方法：采用式三进行飞轮储能频率支撑协同控制，

式三中，ΔP_ESS和分别是储能调频功率及其变化率，ω_e和分别是系统同步电气角频率及其变化率，Δω_e是的当前同步电气角频率与其额定值的偏差，n₁是风场中的风机台数，α_i是第i台风机由式一计算得到的虚拟电气惯量与其固有机械惯量的比值，P_wm,i和P_ws,i是第i台风机的输入机械功率和定子输出电磁功率，J_w,i是第i台风机的轴系固有机械惯量，β₁是协同控制参数，表示宏变量中储能功率变化量的权重系数，β和T参数的含义与式一相同；

控制方法具体包括以下步骤：

步骤1、对电网频率扰动进行检测，进行风储系统并网电力系统的频率扰动检测；

步骤2、当电网发生频率扰动，采集当前时刻系统频率，每台风机的输入机械功率和定子输出电磁功率值，根据已知的初始电气同步角频率，风机固有机械惯量，计算得到式一表示的每台风电机组虚拟电气惯量与机械惯量的比值α_i，进而根据式二求出风电机组调速的变比例系数k；同时，根据式三求出飞轮储能的功率指令值；

步骤3、风电机组的转速控制器根据k调节最大功率跟踪曲线，使转子转速参考值ω_ref变为不加控制时的k倍，进而改变风机转子动能；

步骤4、飞轮储能根据功率指令值，根据式四调节飞轮转速，使飞轮储能在频率变化时释放或吸收相应的功率，起到频率支撑作用；

其中，ω_f0表示扰动初始时刻飞轮转速，P_ref为步骤2中得到的飞轮储能功率参考值。