[发明专利]一种风储系统基于双层协同控制的调频方法

说明书

本发明涉及一种风储系统基于双层协同控制的调频方法，从优化风储系统频率响应动态特性出发，基于协同控制理论，提出飞轮储能协同MPPT运行风电机组提供调频响应的两层协同控制方案。通过将频率偏差和风电机组虚拟电气惯量线性组合构成宏变量，设计了实现不同风速风电机组协同提供频率支撑的变比例系数调速策略。进一步基于频率偏差、储能调频功率指令和风电机组虚拟惯量的线性组合构成宏变量，设计了飞轮储能协同风电机组提供频率支撑、快速恢复风电机组MPPT运行和避免频率二次扰动的附加调频有功调节策略。本发明鲁棒性好，控制结构简单，易于工程实现，可实现风储系统对电网的调频响应作用，降低同步发电机参与调频的有功调节速度要求。

技术领域

本发明涉及一种风储系统的调频控制方法，尤其是涉及风电场中多台风机在频率变化过程中的协同合作以及这一过程中储能配合风机共同起到频率支撑作用的控制方法。

背景技术

风电机组利用电力电子装置并网运行时，其最大功率点跟踪(MPPT)运行方式使其转子动能与电网频率解耦，无法在电网频率扰动时为频率变化提供旋转惯量支撑。随着风电并网规模的增加，系统转动惯量也会不断下降，因此研究风电机组的友好型频率支撑控制对提高风电并网系统的频率动态稳定性具有重要意义。

目前风电机组参加频率支撑控制的控制方法主要存在两种方式：基于风电机组减载运行的调频控制策略，以及基于风电机组转子动能调节的频率支撑控制策略。风机的减载运行包括超速减载和变桨减载两种方式，虽然减载运行可使风电机组同时具备惯性和调频的响应能力，并在调频期间使输出功率不低于响应前的初始值，但该方法使风电机组在频率正常时放弃最大功率跟踪运行方式，不能充分利用风电资源。基于风电机组转子动能调节到频率支撑控制是通过调整机组控制策略利用其隐含的转子动能响应系统频率变化，从挖掘风电机组自身调频能力出发，实现风电机组对系统频率扰动支撑作用，具有较好的运行经济性。常见的基于风电机组转子动能的频率支撑方法主要有虚拟惯量控制，下垂控制，桨距角控制等。

近年来，储能技术得到了迅猛的发展，考虑风电输出功率的随机波动性，以及储能装置的快速响应能力和大功率吞吐特点，利用储能提高风电消纳能力的研究也得到开展。储能装置具有快速功率响应特性，因此利用储能装置协助风电场频率支撑控制能够有效提高风电接入系统的频率稳定性，具有良好的应用前景。目前，基于风储系统的调频响应研究也得到国内外较多关注。

现有的风储系统调频响应控制研究通常将风电场等值为单台风机，没有考虑不同风速风电机组间的频率支撑协调。而风电场往往由数十台乃至上百台风电机组组成，风电机组间运行工况不一致、动态耦合强，在其惯量响应过程中机组间相互影响，风电场惯量响应是一个分布式多机组的协调控制问题。虽然风电场内所有风电机组受到的频率扰动相同，但各机组运行状态不同，其能用于惯量补偿的转子动能不同。并且储能调频的功率指令只与系统频率及其变化率有关，由于风电机组频率支撑功率的变化会对频率恢复产生影响，甚至可能引起频率的二次跌落，因此在储能调频过程中，需要进一步研究风电场多台风机和储能协同配合提供调频控制的方法。

本文在分析最大功率跟踪运行风电机组利用变比例系数调速、飞轮储能基于功率调节实现频率支撑可行性的基础上，从优化风储系统频率响应动态特性出发，基于协同控制理论，提出了飞轮储能协同MPPT运行风电机组提供调频响应的两层协同控制方案。通过线性组合频率偏差和风电机组响应频率扰动的虚拟电气惯量构成宏变量，利用宏变量等于零的流形和该流形的零输入响应，设计了不同风速风电机组实现协同频率支撑的变比例系数控制策略。采用线性组合储能调频功率指令和风电机组实现协同频率支撑的宏变量，以及相同的宏变量控制流形，设计了储能协同风电机组提供频率支撑、快速恢复风电机组MPPT运行和避免频率二次扰动的附加调频控制策略。最后利用风电并网系统的负荷频率扰动，验证所提协同控制的有效性，结果同时表明该策略有助于提高系统同步稳定动态特性，降低对同步发电机调频功率变化速度的需求。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：