[发明专利]基于风机和同步机协调配合的电网频率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于风机和同步机协调配合的电网频率控制方法，针对新能源高占比电网频率稳定性较差的问题，提出了一种风力发电机组和同步发电机组协调配合的控制方法。风力发电机组的转子动能较大、电磁功率调节速率较快，因此利用转子动能调节控制要求更高的电网频率，不再关注风力机自身转速的变化情况；而同步发电机组的机械功率调节速率较慢，与风力机转速大范围、慢动态变化的特性更匹配，因此根据风力机转速偏差调节机械功率，使得风力机转速稳定在一定范围内。本发明通过对两种电源之间角色和功能的转换，实现了电源之间的协调配合，有效提升了新能源高占比电网的频率稳定性。

技术领域

本发明属于电网频率控制领域，特别是一种基于风机和同步机协调配合的电网频率控制方法。

背景技术

频率是电力系统最为重要的电能质量指标之一，频率偏差的大小直接关系到电网的安全稳定运行。随着新能源在电网中的占比越来越高，电网呈现出功率扰动形式更复杂，功率扰动的幅值更大，系统的惯性水平更低等特点，没有了传统大电网的强有力频率支撑作用，频率稳定性面临诸多挑战，同时也是制约新能源消纳利用和电网安全稳定运行的瓶颈问题。

在无新能源接入的电网中，各同步发电机组分别通过下垂控制实现一次调频是有效的，这主要是因为不同机组在出力速率和功率可控性等方面差异不大，甚至可以将全网的同步发电机组等效为一台等值机，用等值机的调频能力反映全网的调频能力。然而大规模新能源接入电网后，不同类型的电源出力特性迥异，例如风力发电机组的调频出力可以毫秒级快速响应，但是持续时间却少则十几秒，而同步发电机组的出力受到爬坡率的限制响应较为缓慢，但是可以提供持续稳定的功率输出。

事实上，现有研究发现快速但短暂的风电调频出力制造了系统扰动初期的“虚假繁荣”，干扰了同步发电机组在这一重要阶段对系统频率偏差的敏感度。因此仅针对风力发电机组自身进行的诸如调频功率曲线优化、调频参数动态调整和转速恢复机制设定等手段，一定程度上可以加强风电参与调频的性能，但在更为复杂和激烈的扰动中往往是事倍功半。也有研究将电网的频率调节在能量管理系统中采用集中式管理，通过在能量管理系统中建立了基于集成学习的源-荷协同频率控制策略，通过最小化所有参与机组的最大爬升时间及考虑分布式发电机组和负荷的调节成本来达到快速、经济地进行频率控制目的。但是集中式控制严重依赖通信，随着受控单元数量的增加，能量管理系统中信息处理量和运算复杂度急剧上升。为了克服非集中式的单机优化和集中式的全局管理的不足，应当充分考虑电网中不同类型电源的协调配合。

目前主流的基于信息层的电网协调控制仅关注电源之间的状态差异，对于电源的出力特性和持续时间等物理特性考虑不足，依赖先进的智能算法动态修正系统参数只能一定程度上改善调频效果。因此亟待从电源的动态差异对系统频率的影响机理着手，提出一种从物理机理层面改进的电网频率协调控制方法。值得注意的是，风力发电机组参与调频和维持其自身稳定是一对难以调和的矛盾。以不留备用的惯性控制为例，转子动能释放越多对系统频率支撑能力越强，但转子转速跌落越多，越易造成转速失稳切机。当前研究成果大多根据运行工况修正风电调频参数，或者强迫越限机组退出调频，不仅难以充分挖掘风电的调频资源，甚至对系统频率造成更大冲击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于风机和同步机协调配合的电网频率控制方法，通过考虑不同电源的机电动态特性，实现风力发电机组和同步发电机组协调配合的电网频率控制，从而应对风电高占比电网中频率大幅波动的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于风机和同步机协调配合的电网频率控制方法，风力发电机组的电磁功率指令与自身转速完全解耦，只根据系统频率变化幅值调节出力，而不再关注自身转速的变化情况；同步发电机组的控制器不再将系统频率偏差作为输入，而是以一段时间平均风速对应的风力发电机组最优转速作为参考值，将实时采集到的风力发电机组转速偏差作为新的输入。

进一步的，风力发电机组的控制回路中具有电网频率测量模块，用于采样电网的频率f_meas，进而得到控制器的输入量Δf如下所示：