[发明专利]一种考虑风速时空差异的风电场一次调频及惯性控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑风速时空差异的风电场一次调频及惯性控制方法，首先，考虑风资源随时间的波动性和不确定性，在风电场功率高精度预测的基础上，对风电场机组运行的平均转子转速进行预测；然后，基于预测功率和发电因子，根据模糊控制规则动态调整风电场一次调频参数，同时根据平均转速得到未来时刻的惯性控制参数；最后，考虑尾流效应导致的风资源在风电场内部空间分布的差异性，对风电机组参与一次调频及惯性控制附加的调频功率进行计算。本发明克服风资源在时间上的不确定性和空间分布上的差异性，在充分发挥风电场调频能力的同时，使风电场能够更精准和更有效的参与一次调频和惯性控制。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种考虑风速时空差异的风电场一次调频及惯性控制方法。

背景技术

传统电力系统以同步机提供系统阻尼和暂态支撑，新能源厂站以自保为主，但当新能源大量接入成为主力电源后，新能源必须提供系统主动支撑能力。风电机组目前可用的频率主动支撑途径有一次调频和惯性控制，但风力资源在时间上具有较大的波动和不确定性，造成风电场的一次调频和惯性控制效果不理想，同时由于风电场内部尾流效应的存在，上游风电机组会影响下游机组的风速，造成风电场内各风电机组的运行状态不同，转子转速和调频能力存在明显差异。

在考虑风速时空特性的情况下，实现风电场调频控制是构建以新能源为主体新型电力系统面临的迫切问题，现有研究中，主要采用减载备用和安装储能来解决此类问题，但是减载备用由于风速的波动性，风速波动影响备用容量的可信度，并且会损失相当一部分的风能，经济性差，而安装储能则需要较大的投资成本，公布号为CN112636374A的中国专利涉及一种用于风电场站的一次调频和虚拟惯量响应控制策略及装置，其通过控制风电场站中配置了集中式风轮储能阵列系统的充放电来参与电网一次调频和虚拟惯量响应，对风电机组进行改造并安装储能系统投资较大，并且没有考虑风速的时空分布差异问题；公布号为CN114566981A的中国专利则涉及一种基于数据预测的风电场一次调频控制策略，在建立均匀分布的风向监测装置，对风速和风电机组功率进行预测的基础上，结合改进的DEH和CSS对风电场进行一次调频控制，重心落在风电功率的预测上；专利号CN108361590A出了一种基于时空尺度的风电场调度控制策略，将风电场划分为多个区域，对每个区域的风速、风向等参数进行实时监测和预测，根据风电场内不同位置的风速特性和机组响应特点，进行多尺度的调度控制，该方案主要依赖对风电分区域的风速、风向监测和预测。

发明内容

本发明的目的是为了解决风资源在时间上的不确定性以及空间分布上的差异性导致风电场的调频能力与实际调频不匹配，并进一步导致其调频能力无法得到有效发挥的问题，提出一种考虑风速时空差异的风电场一次调频及惯性控制方法。

一种考虑风速时空差异的风电场一次调频及惯性控制方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤1：考虑风速随时间的波动性和不确定性，在风电场功率高精度预测的基础上，对风电场各个时段的平均转子转速进行预测，并不断更新，结合风电场发电计划，得到风电场的发电因子；

步骤2：根据功率预测数据和发电因子，采用模糊控制器滚动调整预测时段风电场的一次调频参数，再根据相邻时段的一次调频参数大小，计算两个时段内每个时刻的一次调频参数；

步骤3：基于预测的风电场平均转子转速和风电场的等效惯性时间常数，计算预测时段的惯性控制参数，再根据相邻时段的惯性控制参数大小，计算两个时段内每个时刻的惯性控制参数；

步骤4：根据电力系统频率变化，决定风电场站是否参与调频，并根据得到一次调频参数、惯性控制参数、机组运行转子转速以及频率变化情况计算场站内机组附加的调频功率。

具体的，风电场的功率预测可以基于现有功率预测技术能力，通过现场实测数据、数字天气预报数据激光测风雷达等对风电场的功率进行高精度预测，并在一定预测时域内对未来时段的预测功率进行不断更新。