[发明专利]一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法

说明书

本发明提供一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法，其涉及风力发电并网领域，其包含以下步骤：实时监测电网频率，并计算电网瞬时频率，当电力系统发生扰动导致电网频率偏移超出设定的死区范围时；测量风机转速，并在风机转子转速ω_r大于允许的最小转速ω_min时，启动双馈风电机组虚拟惯量控制模块，风机主动参与调频；计算风电机组的有功增量；计算时间域的等价有功增加量；计算风机有功参考值；经过时间Δt后，风机有功出力平缓切换至最大功率追踪输出功率；转速逐渐恢复至初始状态。通过附加虚拟惯量控制环节到风电机组转子侧变流器控制器，当电网频率因扰动越限时，借助风机转子快速吞吐动能参与电力系统调频，调频响应更快，效果更优。

技术领域

本发明涉及风力发电并网领域，具体涉及一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法。

背景技术

随着石油等不可再生能源储量告急和环境问题的日益恶化，近年来，新能源发电凭借清洁、低碳、高效等优点得到了快速发展，传统火电正逐步被替代，我国电力系统构架正逐步向新能源为主体的新型电力系统转变。其中，风电发展尤为迅速，这主要因为双馈风电机组具有有功和无功的解耦控制、最大功率追踪控制及体积较小等优点，然而，其借助电力电子变流器并网，使得转子转速与电网频率解耦，导致风机具有丰富的旋转动能这一优点被“隐藏”，不具备频率响应能力。此外，双馈风机通常运行在最大功率追踪模式，无法为电力系统提供有功备用。随着风电渗透水平的不断提高，电网频率的稳定势必会面临巨大的挑战。

目前，针对规模化风电并网后，如何确保电力系统频率稳定的问题，主要借助附加控制环节，实现风机主动参与电网调频。其中，最常见的虚拟惯量控制方法包括虚拟惯性控制、下垂控制及阶跃式虚拟惯量控制。风机通过虚拟惯性和下垂控制模拟同步发电机的惯性响应和一次调频特性；阶跃式虚拟惯量控制借助转子快速吞吐动能参与系统调频，与前两种控制策略相比，调频响应更快，调频效果更优，然而频率响应后的转速恢复伴随有功突变，对于电网频率的二次冲击现象仍普遍存在，特别在高风电渗透水平下，风机转速恢复会造成电网更大的有功缺额，导致更严重的二次频率跌落。为了缓解风机转速恢复对电网频率的二次冲击，现有风电机组转速恢复策略采用恒功率方法，通过少量的有功减载驱动转速恢复，但无法同时兼顾二次频率跌落程度和转速恢复时间：过小的有功减载使得风机输出电磁功率与输入机械功率差异较小，减缓了转子转速恢复；反之，过大的有功减载会造成系统有功功率瞬间跌落，导致电网频率发生二次跌落，在高风电并网电力系统中，二次频率跌落甚至低于第一次频率跌落。综上所述，如何消除频率响应后风电机组转速恢复时造成的二次频率跌落问题亟需解决。

发明内容

本发明提供一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法，以解决现有技术存在的频率响应后风电机组转速恢复时造成的二次频率跌落的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法，一种适用于高风电渗透水平的风电调频控制方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1：实时监测电网频率，并计算电网瞬时频率，当电力系统发生扰动导致电网频率偏移超出设定的死区范围时，执行步骤S2；

S2：测量风机转速，并在风机转子转速ω_r大于允许的最小转速ω_min时，启动双馈风电机组虚拟惯量控制模块，风机主动参与调频；

S3：启动双馈风电机组虚拟惯量控制模块；

S4：计算风电机组的有功增量；

S5：计算时间域的等价有功增加量；

S6：计算风机有功参考值；

经过时间Δt后，风机有功出力平缓切换至最大功率追踪输出功率；转速逐渐恢复至初始状态。