[发明专利]联合集中频率调整和变桨的集中变频风电场有功控制方法

说明书

本发明涉及一种联合集中频率调整和风电机群变桨的集中变频风电场有功功率控制方法，在集中变频风电系统最大功率跟踪运行的基础上，实现综合性能较优的有功指令调度控制。该方案包括集中频率调整模块、风电机群功率指令分配模块和单台机组桨距角调节模块，利用频率调整模块优先采用主动变速的方式控制有功输出，有如下优点：1)风电场可以储存更高的转动动能，为电网惯量响应和一次调频提供更好的保障；2)减少变桨机械频繁动作；3)提高响应速度；4)使功率输出更为平滑。风电机群的桨距角调整模块与频率调整模块协同作用，通过算法分配给每个风电机组有功功率指令进而通过变桨动作调节功率，使风电场具备较大范围控制有功功率输出的能力。

技术领域

本发明涉及风电控制技术领域，尤其是涉及一种联合集中频率调整和变桨的集中变频风电场有功控制方法。

背景技术

随着风力发电越来越广泛的发展和应用，风电场规模的扩大也使其占电网比重越来越高，但是由于风能的随机性与间歇性，大量风电的集中接入会给电网的安全稳定带来巨大影响，风电场无法以最大功率跟踪模式运行，为了提高电网对风电的消纳能力，风电场必须具备根据电网的调度指令控制有功功率输出的能力。下一代电网会对风电场预期输出的有功功率进行调度控制，本文中将风电场有功功率的电网调度指令值称为预期风电场功率值。

动态低频风电系统(动态分频风电系统)集成了风电场集中变频和低频交流输电两项技术，采用岸上换流站建立变压变频的交流电压，直接满足风电场机群的变速最大功率跟踪需求，从而省去机组背靠背变流器。相比于经柔性直流送出的中远距离海上风电场，动态低频风电技术可大大降低系统成本、提升可靠性。

但是，现有公开的动态低频风电技术仅能实现风电场的最大功率跟踪，无法按电网的调度指令控制风电场的输出有功。随着风力发电并网容量的扩增，风电场须按照电网调度部门下发的指令调整其有功功率的输出，这就要求风电场具备控制有功功率输出的能力。

中远距离海上风电一般采用变速恒频风电场经柔性直流送出方案，此类方案需要多级变换器，通常采用全控型电力电子器件构成的电压源型变换器，虽然控制灵活，但过多的电力电子装置也带来以下主要弊端：1)电力电子装置初次建设成本高昂；2)电力电子设备可靠性低、运维成本高；3)多个电力电子装置特性各异、复杂交互，难于集成且容易引发宽频振荡；4)每一级电力电子功率变换增加一级与电网频率的解耦，造成电网频率响应需求不可见、响应难；5)低过载能力，故障穿越难；6)多次功率变换功率损耗大。

集中变频方案取消了机组背靠背变流器，利用恒压频比，采用变压变频的公共连接点(PCC)直接实现整场的变速最大功率点跟踪(MPPT)，该方案化繁为简，有助于机组降本，提高可靠性。然而随着风力发电并网容量的扩增，风电场须按照电网调度部门下发的指令调整其有功功率的输出，这就要求风电场具备控制有功功率输出的能力。现有公开的动态低频风电技术仅能实现风电场的最大功率跟踪，由于动态低频风电系统省去了机组背靠背变流器，机组可控性较差，不能直接沿用主流风电技术所采用的风电场有功功率分配与控制策略，故动态低频风电系统缺少根据电网调度指令进行有功功率控制的能力。

因此，当前缺少一种集中变频风电场有功功率控制方法，以解决在动态低频风电系统中，现有的基于最大功率跟踪的方法可控性较差的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种联合集中频率调整和变桨的集中变频风电场有功控制方法，以解决或部分解决在动态低频风电系统中，现有的基于最大功率跟踪的方法可控性较差的问题。

通过采用集中变频的方案，各单台机组无需配备独立的机组背靠背变流器，通过变压变频的低频交流同时满足机群集中变频和低频远距离输电两大关键性需求，实现了风电场机群的变速最大功率跟踪，该方案应用于海上风电时能大幅精简位于海上的电力电子装置，简化风力发电系统结构，具有成本低、可靠性高等优势。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：