[发明专利]用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制方法及装置，涉及电网调频技术领域，风电场站包括风电机组和与风电机组连接的集中式飞轮储能阵列系统，该方法包括：接收自动发电控制系统下发的指令信息，实时获取风电场站并网点处的电压、电流和电网频率；根据电压、电流、电网频率及电网频率对应的频率变化率，控制风电机组和集中式飞轮储能阵列系统进行一次调频或虚拟惯量响应。本发明在风电场站中配置了集中式飞轮储能阵列系统，通过控制集中式飞轮储能阵列系统充放电来参与电网一次频率和虚拟惯量响应，实现了风电机组在全工况运行下具有一次调频和惯量响应能力，提高了风电机组的稳定性和抗扰性，提高了风电场站运行的经济性。

技术领域

本发明涉及电网调频技术领域，尤其是涉及一种用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制方法及装置。

背景技术

目前，新能源已逐渐应用于电网中，新能源发电技术在未来也必将成为主要电力供应手段。新能源大规模接入电网时，会挤占常规机组开机空间，使得系统转动惯量降低，调频能力下降，导致电网频率变化加快、波动幅度增大、稳态频率偏差增大，进而导致越限风险增加。由于新能源发电设备不具备响应系统频率变化的惯量和一次调频能力，电力系统自我调节与抗扰能力将逐渐下降，当面临由于直流闭锁、故障切机或负荷突变等原因导致电网频率偏离时，电网的安全稳定运行将受到极大威胁。

目前，新能源发电设备，如风电场站实现一次调频和虚拟惯量响应的主要方式及其对应的缺点主要包括：

（1）风电场站通过减载运行预留一定的备用容量来参与电网调频，即放弃最大功率运行点，当电网频率越过一次调频死区范围时，通过改变桨距角调节风电机组出力。然而，该方法只能实现一次调频功能，而无法实现虚拟惯量响应功能，并且，预留备用容量会影响风电场站运行的经济性，且桨距角调整属于机械动作，响应速度慢，频繁参与一次调频动作可能导致机械部件的磨损，增加维修成本。

（2）基于风机叶片转子惯量参与一次调频，当电网频率下降时，风机释放部分转子动能增大电磁功率输出，以达到功率支撑的目的，当电网频率上升时，风机通过适度收桨减小电磁功率。然而，该方法只能实现一次调频功能，而无法实现虚拟惯量响应功能，并且，基于风机叶片转子惯量参与一次调频时，在转速恢复阶段，会给电网频率带来二次跌落的问题，且二次跌落的幅度一般会远超过频率一次跌落的深度。

（3）风电场站加装快速频率响应装置实现一次调频功能。然而，该方法只能实现一次调频功能，而无法实现虚拟惯量响应功能，并且，加装快速频率响应装置实现一次调频功能时，需要对风机变流器进行改造，在不预留备用容量的前提下，只能实现出力下调。

（4）在风电场站加装储能电池实现一次调频和惯量响应。然而，目前常用的储能电池主要包括锂离子电池和超级电容。锂离子电池安全风险大，使用寿命短，在满充满放的情况下，循环寿命为2000~3000次，并且，锂离子电池的使用寿命受很多因素的影响，如温度、充放电深度和充放电倍率等，这些因素会导致锂离子电池的使用寿命快速衰减；另外，锂离子电池运行维护困难，回收处理成本高。超级电容充放电循环寿命短，造价高，且存在能量衰减及环境污染等问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中风电场站通过预留有功备用容量减载运行参与电网一次调频带来的经济性损失、设备磨损，以及无法主动参与电网虚拟惯量响应的技术问题。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制方法，在风电场站中配置了集中式飞轮储能阵列系统，通过控制集中式飞轮储能阵列系统充放电来参与电网一次频率和虚拟惯量响应，实现了风电机组在全工况运行下具有一次调频和惯量响应能力，提高了风电机组的稳定性和抗扰性，提高了风电场站运行的经济性。

为此，本发明的第二个目的在于提出一种用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制装置。