風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行控制的方法，更詳細(xì)地涉及一種風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其包括如下步驟：對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲取；接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息；利用上述轉(zhuǎn)子的速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別的下垂系數(shù)進(jìn)行計算；以及利用計算的下垂系數(shù)來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，更詳細(xì)地，涉及一種在電網(wǎng)中產(chǎn)生如發(fā)電機(jī)跳閘一樣的干擾的情況下，為了向電網(wǎng)迅速地補(bǔ)充不足的電能并恢復(fù)為正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]如果在電網(wǎng)中產(chǎn)生如發(fā)電機(jī)跳閘或者負(fù)荷增加一樣的干擾，電能會不足，因此電網(wǎng)的頻率會減少。在國內(nèi)，當(dāng)頻率變成為59Hz時，為了防止發(fā)電機(jī)的連續(xù)跳閘，啟動低頻減載(Under frequency load shedding, UFLS)繼電器,從而切斷6%的負(fù)荷，并且在每減少
0.2Hz時，額外地切斷6%的負(fù)荷。由此，在產(chǎn)生干擾之后，電網(wǎng)的最低頻率是決定系統(tǒng)可靠性的重要基準(zhǔn)，并且為了防止負(fù)荷切斷，不能將電力網(wǎng)的頻率變成為59Hz以下。
[0003]目前主要使用為風(fēng)力發(fā)電用的可變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了根據(jù)風(fēng)速產(chǎn)生最大輸出，執(zhí)行對轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行控制的最大功率點跟蹤(Maximum power point tracking, MPPT)控制。MPPT控制的執(zhí)行與電網(wǎng)頻率的變動無關(guān)，因此，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電的需用率高時，電網(wǎng)的慣性會減少。由此，在電網(wǎng)中產(chǎn)生干擾時，頻率下降變大，因此為了防止上述情況，需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率控制功能。
[0004]提出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)可幫助電網(wǎng)頻率恢復(fù)的許多方法。提出了如下方式:在用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的MPPT執(zhí)行的輸出的基準(zhǔn)值上增加根據(jù)電網(wǎng)頻率變化率(Rate of change offrequency,R0C0F)回路(loop)所生成的基準(zhǔn)值。上述方式在產(chǎn)生干擾后，臨時排放存儲于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的能量，從而可幫助控制電網(wǎng)頻率的下降，但是在產(chǎn)生干擾之后，變化率具有大值，從而對于頻率恢復(fù)的貢獻(xiàn)度大，但是隨著時間的流逝，上述值逐漸減少，因此對于頻率恢復(fù)的影響度也會減少。
[0005]另外，在大部分情況下，產(chǎn)生干擾后，根據(jù)運轉(zhuǎn)中的同步機(jī)的慣性應(yīng)答和下垂(droop)控制所產(chǎn)生的電量大于跳閘的發(fā)電機(jī)的容量。因此頻率在下降后會反彈，并且頻率變化率的符號變成相反。由此，上述方式到頻率反彈之前為止可幫助進(jìn)行頻率恢復(fù)，但是在頻率反彈后，由于變成相反的頻率變化率的符號而使風(fēng)力廠的輸出會減少，并且其結(jié)果是減少了對于頻率恢復(fù)的影響度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是用于解決上述問題的，其目的在于，在產(chǎn)生干擾時，迅速地恢復(fù)頻率，并且向電網(wǎng)提供更多電力。
[0007]為此，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法在一個實施例中包括如下步驟:對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲?。唤邮诊L(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息；利用上述轉(zhuǎn)子的速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別的下垂系數(shù)進(jìn)行計算；以及利用計算的下垂系數(shù)來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0008]此時，計算下垂系數(shù)的步驟中，導(dǎo)出下垂系數(shù)，上述下垂系數(shù)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能和從風(fēng)力發(fā)電機(jī)中輸出的能量具有量的相互關(guān)系，并且將上述下垂系數(shù)的下限確定在不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)減速到最低運轉(zhuǎn)速度以下的范圍內(nèi)。
[0009]另外，本發(fā)明的另一個實施例中，包括如下步驟:對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲??；對上述頻率的每小時變化率進(jìn)行計算；導(dǎo)出頻率的最大變化率；以及在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。控制步驟可包括如下:在生成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力基準(zhǔn)值時，進(jìn)行控制，以便保持利用頻率的最大變化率生成的基準(zhǔn)值。
[0010]此外，上述控制步驟中，對根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能所變化的電網(wǎng)頻率變化率下垂系數(shù)進(jìn)行體現(xiàn)(reflect)，從而可對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0011]另外，本發(fā)明的另一個實施例中，在如上所述的實施例的頻率信息接收步驟之后，還包括如下步驟:接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息；利用上述轉(zhuǎn)子速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；以及利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別下垂系數(shù)進(jìn)行計算，并且控制步驟可包括:利用計算的下垂系數(shù)，并且在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0012]根據(jù)上述實施例，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在產(chǎn)生干擾時，迅速地恢復(fù)頻率，并且可向電網(wǎng)提供更多電力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電廠慣性控制方法的一個實施例的流程圖。
[0014]圖2是將根據(jù)示出于圖1的實施例的慣性控制方法表示為控制回路(loop)形式。
[0015]圖3是表示用于模擬本發(fā)明的實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的模型的模擬圖。
[0016]圖4是將根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的下垂系數(shù)整理為曲線圖。
[0017]圖5a至圖5d是表示對圖1的實施例進(jìn)行模擬的結(jié)果的曲線圖。
[0018]圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法的流程圖。
[0019]圖7是將根據(jù)示出于圖6的實施例的慣性控制方法表示為控制回路形式。
[0020]圖8a至圖8d是表示對圖6的實施例進(jìn)行模擬的結(jié)果的曲線圖。
[0021]圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法的流程圖。
[0022]圖10是將根據(jù)示出于圖9的實施例的慣性控制方法表示為控制回路形式。
[0023]圖1la至圖1ld是表示對圖9的實施例進(jìn)行模擬的結(jié)果的曲線圖。

【具體實施方式】
[0024]在對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明之前，本發(fā)明中所使用的“風(fēng)力發(fā)電廠”用語是包括一個或者多個風(fēng)力發(fā)電機(jī)的概念。換句話說，對一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)也使用風(fēng)力發(fā)電廠用語來進(jìn)行說明。
[0025]由此，控制風(fēng)力發(fā)電廠的用語應(yīng)理解為包括如下含義:不僅對包括有多個風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行控制，而且對一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，并且在風(fēng)力發(fā)電廠自身為復(fù)數(shù)的情況下，控制各個風(fēng)力發(fā)電廠也屬于本發(fā)明的“風(fēng)力發(fā)電廠控制”。另外，“風(fēng)力發(fā)電廠的電壓”的含義應(yīng)理解為如下的概念:不僅包括個別風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓，而且還包括根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電廠的電壓。
[0026]本發(fā)明的慣性控制方法無限制地適用于控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電廠方面，其范圍不會被限制。
[0027]以下，參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]圖1是表示本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法的一個實施例的流程圖。
[0029]本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其包括如下步驟:對從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲取；接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息；利用上述轉(zhuǎn)子速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別下垂系數(shù)進(jìn)行計算；以及利用計算的下垂系數(shù)來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0030]風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率信息可通過附著于風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)的傳感器或者監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的中央控制裝置等獲取。另外，為了感知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子根據(jù)什么樣的速度來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)子速度可通過另外的傳感器或者監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的中央控制裝置等進(jìn)行確認(rèn)。
[0031]接收轉(zhuǎn)子速度信息，從而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算，據(jù)此對風(fēng)力發(fā)電機(jī)可排放的動能進(jìn)行計算。
[0032]在產(chǎn)生干擾時，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生的動能根據(jù)以下公式來進(jìn)行計算。
[0033][數(shù)學(xué)公式I]
[0034]jE'.— — ?,( ^ I 產(chǎn)-)
[0035]Omin是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最低運轉(zhuǎn)速度。最終，上述[數(shù)學(xué)公式I]中，Ei是第i風(fēng)力發(fā)電機(jī)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生的動能。
[0036]利用通過[數(shù)學(xué)公式I]計算的動能來對各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別下垂系數(shù)進(jìn)行計算。下垂(droop)是為了執(zhí)行頻率控制而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中增加的變化量回路的控制增益(gain)。
[0037]計算發(fā)電機(jī)的下垂系數(shù)的公式為如下[數(shù)學(xué)公式2]。
[0038][數(shù)學(xué)公式2]
AP — I
[0039]J=rZj==~ 】
■J 5|i5 ^nom
[0040]上述數(shù)學(xué)公式的左邊是電力除以頻率的，因此，單位與能源一樣，從而可表示為如下。
[0041]*32 [數(shù)學(xué)公式3]
JijPI
[0042]Ε, ο:-——；^=— --C 1n = 'm
'“ iI
[0043]在此，m是風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)。Ei是通過頻率控制(或者慣性控制)產(chǎn)生輸出至負(fù)荷(電網(wǎng))的動能，C是根據(jù)考慮[數(shù)學(xué)公式I]的左邊的單位而產(chǎn)生的常數(shù)項。
[0044]最終，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生輸出至負(fù)荷的能量與下垂系數(shù)成反比例，換句話說，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生輸出至負(fù)荷的能量(Ei)和下垂系數(shù)(Ri)的乘積是始終固定的。如果將此利用數(shù)學(xué)公式來表示，則為如下[數(shù)學(xué)公式4]。
[0045][數(shù)學(xué)公式4]
[0046]EiRi = EmaxRmin
[0047]在此，Emax是風(fēng)力發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生的最大動能，其可將最高運轉(zhuǎn)速度代入到[數(shù)學(xué)公式I]的《1后導(dǎo)出。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的ω_根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能有所不同(在后面將要敘述的模擬中計算為ω_=1.25ριι)。Rmin是可利用從發(fā)電機(jī)中計算的最小下垂通過各種方法來進(jìn)行確定，但是本發(fā)明中作為其一個實施例，確定于不超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)限度的范圍內(nèi)，并且確定于防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)的其他發(fā)電機(jī)在執(zhí)行慣性控制時減速到最低速度以下的范圍內(nèi)。
[0048]Rmin> Emax是確定的值，Ei是計算的值，因此以此為基礎(chǔ)，可計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的下垂系數(shù)(Ri)。如果將[數(shù)學(xué)公式4]對Ri進(jìn)行整理，則為如下[數(shù)學(xué)公式5]。
[0049][數(shù)學(xué)公式5]
7-% — ry 111 ax[0_ i?r *.....................................................................
[0051]最終，在計算下垂系數(shù)的步驟中導(dǎo)出下垂系數(shù)，上述下垂系數(shù)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能和從風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的能量具有量的相互關(guān)系。
[0052]圖2是將根據(jù)示出于圖1中的實施例的慣性控制方法表示為回路形式。
[0053]在圖2的下端可確認(rèn)到增加有回路(loop)，上述回路接收計算下垂系數(shù)所需的頻率信息(fsys、fnom)，從而計算下垂系數(shù)，其表示了在此前通過圖1說明的本發(fā)明的實施例。圖2的上端的Ptl是用于執(zhí)行可變速度風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大輸出跟蹤(Maximum powerPoint Tracking，MPPT)控制或者控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力的基準(zhǔn)值，在此增加的兩個控制回路中，上端表示了利用頻率變化率(Rate Of Change Of the Frequency, R0C0F)的回路。
[0054]以下，根據(jù)示出于圖1、2中的實施例與現(xiàn)有方式進(jìn)行比較后對模擬的結(jié)果進(jìn)行觀察。
[0055]圖3是表示用于模擬本發(fā)明的實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的模型的模擬圖。
[0056]為了證明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的性能，使用EMTP-RV模擬器來構(gòu)成模擬系統(tǒng)。圖3是表示由5個同步發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電廠構(gòu)成的模擬系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)由I個100MVA、2個150MVA、2個200MVA構(gòu)成，由5MVA雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)構(gòu)成的75MVA的風(fēng)力發(fā)電廠連接于系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)總共有15臺。整體發(fā)電容量為900MVA，在負(fù)荷中消耗的有效電力是600MW。
[0057]圖4是將根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的下垂系數(shù)整理為曲線圖，此時，將Rmin適用為1.5%。下垂系數(shù)(Ri)與從風(fēng)力發(fā)電機(jī)可排放至負(fù)荷的能量(Ei)成反比例，Ei與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度(Oi)的平方成比例，因此％和Ri具有如圖4 一樣的關(guān)系。
[0058]圖5是表示根據(jù)圖3的模擬結(jié)果的曲線圖。
[0059]在圖5a以及圖5b中藍(lán)色的粗實線表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的特性，綠色的細(xì)實線表示只適用圖2的上端的控制回路(ROCOF)時的特性，紅色的虛線表示只執(zhí)行根據(jù)MPPT的控制并未實施另外的頻率控制的情況的特性。
[0060]圖5a是根據(jù)時間的頻率變化趨勢，圖5b是根據(jù)時間的風(fēng)力發(fā)電廠輸出的趨勢。本發(fā)明的實施例與對照群相比，在頻率下降初期，即在風(fēng)力發(fā)電廠產(chǎn)生干擾時，向負(fù)荷供給更多電力(示出于圖5b)，從而可確認(rèn)到頻率最低點的上升(示出于圖5a)。
[0061]圖5c表示本發(fā)明的實施例中根據(jù)時間的轉(zhuǎn)子速度，圖5d表示根據(jù)只適用圖2的上端的控制回路(ROCOF)時的時間的轉(zhuǎn)子速度。藍(lán)色的粗實線表示接近于圖3的系統(tǒng)的第一排所配置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，綠色的細(xì)實線表示配置于第二排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，紅色的虛線表示配置于第三排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配置而轉(zhuǎn)子速度有所不同的原因是尾波效果的體現(xiàn)。
[0062]如果對圖5c和圖5d進(jìn)行比較，本發(fā)明的實施例與只適用圖2的上端的控制回路(FOCOF)時相比，可確認(rèn)到轉(zhuǎn)子速度的減少量隨著時間會變大。特別是，具有最多動能的(轉(zhuǎn)子的速度快)I列中的減少量最大。
[0063]最終，在根據(jù)本發(fā)明的情況下，通過模擬揭示了如下:可通過控制，使得系統(tǒng)的頻率與現(xiàn)有技術(shù)相比下降得更少，換句話說，即使產(chǎn)生干擾，也不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)跳閘，并且對轉(zhuǎn)子進(jìn)行運轉(zhuǎn)，從而向負(fù)荷供給能量之后，也能夠在最快的時間內(nèi)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
[0064]圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法的流程圖。
[0065]本實施例中包括如下步驟:對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲?。挥嬎闵鲜鲱l率的每小時變化率；導(dǎo)出頻率的最大變化率；以及在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0066]圖7是將對根據(jù)本實施例的風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行控制的方法表示為控制回路形式。本實施例是對此前說明的ROCOF方法進(jìn)行改善的，其中，計算頻率變化率，并且以頻率變化率的最大值為基礎(chǔ)，生成有效電力基準(zhǔn)值。在圖7中，通過表示為max的步驟導(dǎo)出頻率變化率的最大值，并且能夠保持(保持有效電力基準(zhǔn)值)頻率變化率為最大值時的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出，從而具有如下優(yōu)點:在干擾之后，輔助回路可產(chǎn)生固定的輸出，據(jù)此風(fēng)力發(fā)電廠產(chǎn)生大輸出，因此增加頻率最低點，并且加快了頻率的反彈時點，從而不僅在最快時間內(nèi)可恢復(fù)為正常狀態(tài)，而且與現(xiàn)有方式相比，在頻率反彈后，頻率恢復(fù)也加快。
[0067]以下，對本實施例實施模擬的結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，并且對本發(fā)明的特征進(jìn)行觀察。對示出于圖3中的形式進(jìn)行假定后實施了模擬，并且其結(jié)果顯示于圖8a至圖8d。
[0068]在圖8a以及圖Sb中，藍(lán)色的粗實線表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的特性，綠色的細(xì)實線表示在圖7中不導(dǎo)出頻率的最大變化率，并且將隨著時間而變化的頻率變化率按照原樣進(jìn)行適用，并且未計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)個別下垂系數(shù)時的特性，紅色虛線表示只執(zhí)行根據(jù)MPPT的控制并未實施另外的頻率控制的情況的特性。
[0069]圖8a是根據(jù)時間的頻率變化趨勢，圖Sb是根據(jù)時間的風(fēng)力發(fā)電廠輸出的趨勢。本發(fā)明的實施例與對照群相比，在頻率下降初期，向負(fù)荷供給更多電力(示出于圖8b)，從而可確認(rèn)到頻率最低點的上升(示出于圖8a)。在風(fēng)力發(fā)電廠產(chǎn)生干擾時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力(輸出)基準(zhǔn)值保持為變大的狀態(tài)，并且為了供給變大的電力，使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能源，因此可確認(rèn)到轉(zhuǎn)子速度的減少。換句話說，在頻率下降初期，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將更多的電力供給至電網(wǎng)，從而幫助負(fù)荷的頻率恢復(fù)，進(jìn)而可得知有助于防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的追加跳閘，并且將電網(wǎng)正?；?br> [0070]圖8c是表示本發(fā)明的實施例中根據(jù)時間的轉(zhuǎn)子速度，圖8d是表示在圖7中不導(dǎo)出頻率的最大變化率，并且根據(jù)將隨著時間而變化的頻率變化率按照原樣進(jìn)行適用時的時間的轉(zhuǎn)子速度。藍(lán)色的粗實線表示接近于圖3的系統(tǒng)的第一排所配置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，綠色的細(xì)實線表示配置于第二排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，紅色的虛線表示配置于第三排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配置而轉(zhuǎn)子速度有所不同的原因是尾波效果的體現(xiàn)。
[0071]如果對圖8c和圖8d進(jìn)行比較，則本發(fā)明的實施例在圖7中不導(dǎo)出頻率的最大變化率，并且與將隨著時間而變化的頻率變化率按照原樣進(jìn)行適用時相比，可確認(rèn)到轉(zhuǎn)子速度的減少量隨著時間而變大。特別是，可確認(rèn)到具有最多動能(轉(zhuǎn)子的速度快)的I列中的減少量最大。
[0072]最終，在根據(jù)本發(fā)明的情況下，通過模擬揭示了如下:可通過控制，使得系統(tǒng)的頻率與現(xiàn)有技術(shù)相比下降得更少，換句話說，不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)跳閘，并且對轉(zhuǎn)子進(jìn)行運轉(zhuǎn)，從而向負(fù)荷供給能源之后，也能夠在最快的時間內(nèi)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
[0073]另外，本發(fā)明的另一個實施例中，體現(xiàn)了根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能而變化的電網(wǎng)頻率變化率回路系數(shù)，從而可控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本實施例中，對示出于圖7的控制回路上的K值進(jìn)行變化，并且向動能高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)分配更高的K值，從而進(jìn)行控制。
[0074]另外，圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法的流程圖。
[0075]示出于圖9的實施例是將此前示出于圖1的實施例和示出于圖6的實施例同時適用的。在接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率信息的步驟之后并列進(jìn)行(I)和(2)步驟:(1)計算頻率的每小時變化率；導(dǎo)出頻率的最大變化率，和(2)接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息；利用上述轉(zhuǎn)子速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；以及利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別的下垂系數(shù)進(jìn)行計算，并且體現(xiàn)根據(jù)各個進(jìn)行的步驟的結(jié)果，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其結(jié)果為，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的步驟中，利用計算的下垂系數(shù)，并且在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。其對圖10進(jìn)行觀察，則會更明確。
[0076]圖10是將示出于圖9的實施例表示為控制回路形式。上端的回路和下端的回路是分別表示此前實施例的特征，并且表示結(jié)合上述兩個實施例的新實施例的示意圖。
[0077]示出于圖9、10中的實施例中，在電網(wǎng)產(chǎn)生干擾時，對風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行考慮后，不僅計算個別的下垂系數(shù)，而且保持頻率變化率的最大值，從而在將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力基準(zhǔn)值最大化的狀態(tài)下進(jìn)行保持，進(jìn)而可有效地恢復(fù)電網(wǎng)的頻率。
[0078]將根據(jù)本實施例的模擬結(jié)果顯示于圖1la至圖1ld中。
[0079]在圖1la以及圖1lb中，藍(lán)色的粗實線表示根據(jù)本實施例的特性，綠色的細(xì)實線表示在圖9中不導(dǎo)出頻率的最大變化率，并且將隨著時間變化的頻率變化率按照原樣進(jìn)行適用，并且未計算個別的下垂系數(shù)時的特性，紅色虛線表示只執(zhí)行根據(jù)MPPT的控制，未實施另外的頻率控制的情況的特性。
[0080]圖1la是根據(jù)時間的頻率變化趨勢，圖1lb是根據(jù)時間的風(fēng)力發(fā)電廠輸出的趨勢。本發(fā)明的實施例與對照群相比，在頻率下降初期，向負(fù)荷供給更多電力(示出于圖11b)，從而可確認(rèn)到頻率最小點的上升(示出于圖11a)。換句話說，在風(fēng)力發(fā)電廠產(chǎn)生干擾時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力(輸出)基準(zhǔn)值保持為變大的狀態(tài)，并且為了供給變大的電力，使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能量，因此可確認(rèn)到轉(zhuǎn)子速度的減少。換句話說，在頻率下降初期，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將更多電力供給至電網(wǎng)，從而貢獻(xiàn)于負(fù)荷的頻率恢復(fù)，進(jìn)而可得知有助于防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額外跳閘，并且將電網(wǎng)正?；?。并且還可確認(rèn)到與示出于圖5a、圖8a的實施例進(jìn)行比較，頻率恢復(fù)效果也很突出，并且向負(fù)荷提供更多電力。
[0081]圖1lc是表示本發(fā)明的實施例中根據(jù)時間的轉(zhuǎn)子速度，圖1ld是表示在圖9中不導(dǎo)出頻率的最大變化率，并且將隨著時間變化的頻率變化率按照原樣進(jìn)行適用，并且未計算下垂系數(shù)時的特性。
[0082]藍(lán)色的粗實線表示接近于圖3的系統(tǒng)的第一排所配置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，綠色的細(xì)實線表示配置于第二排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度，紅色的虛線表示配置于第三排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子速度。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配置而轉(zhuǎn)子速度有所不同的原因是尾波效果的體現(xiàn)。
[0083]如果對圖1lc和圖1ld進(jìn)行比較，則本發(fā)明的實施例與對照群相比，可確認(rèn)到轉(zhuǎn)子速度的減少量隨著時間而變大。特別是，具有最多動能(轉(zhuǎn)子的速度最快)的I列中的減少量最大。
[0084]并且還可確認(rèn)到與本發(fā)明的另一個實施例(圖5c、圖Sc)進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)子速度也明顯減少得多。
[0085]最終，在根據(jù)本發(fā)明的情況下，通過模擬揭示了如下:可通過控制，使得系統(tǒng)的頻率與現(xiàn)有技術(shù)相比下降得更少，換句話說，可通過控制，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生跳閘，并且對轉(zhuǎn)子進(jìn)行運轉(zhuǎn)，從而向負(fù)荷供給能量后，也可在最快的時間內(nèi)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
[0086]本發(fā)明的實施例是為了示例的目的而提出的，本發(fā)明所屬的【技術(shù)領(lǐng)域】的具有一般知識的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)可修正、變更、附加的部分也應(yīng)理解為包括于本專利請求范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲??； 接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息； 利用上述轉(zhuǎn)子的速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算； 利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別的下垂系數(shù)進(jìn)行計算；以及 利用計算的下垂系數(shù)來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述計算下垂系數(shù)的步驟中，導(dǎo)出下垂系數(shù)，上述下垂系數(shù)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能和從風(fēng)力發(fā)電機(jī)中輸出的能量具有量的相互關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 將上述下垂系數(shù)的下限確定在不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)減速到最低運轉(zhuǎn)速度以下的范圍內(nèi)。
4.一種風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 對從電力網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲??； 計算上述頻率的每小時變化率； 導(dǎo)出頻率的最大變化率；以及 在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述控制步驟中，在生成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效電力基準(zhǔn)值時，進(jìn)行控制，以便保持利用頻率的最大變化率生成的基準(zhǔn)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述控制步驟中，對根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能所變化的電網(wǎng)頻率變化率下垂系數(shù)進(jìn)行體現(xiàn)，從而可對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 將上述電網(wǎng)頻率變化率回路系數(shù)的下限確定在不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)減速到最低運轉(zhuǎn)速度以下的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于，在上述頻率信息獲取步驟之后，還包括如下步驟: 接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息； 利用上述轉(zhuǎn)子速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；以及 利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別下垂系數(shù)進(jìn)行計算， 并且上述控制步驟中，利用計算的下垂系數(shù)，并且在保持頻率的最大變化率的狀態(tài)下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述計算下垂系數(shù)的步驟中，導(dǎo)出下垂系數(shù)，上述下垂系數(shù)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能和從風(fēng)力發(fā)電機(jī)中輸出的能量具有量的相互關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述控制步驟中，利用計算的下垂系數(shù)，對根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能所變化的電網(wǎng)頻率變化率下垂系數(shù)進(jìn)行體現(xiàn)，從而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 將上述下垂系數(shù)或者電網(wǎng)頻率變化率回路系數(shù)的下限確定在不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)減速到最低運轉(zhuǎn)速度以下的范圍內(nèi)。
12.—種風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 對從電網(wǎng)接收的或者利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓來計算的電網(wǎng)的頻率信息進(jìn)行獲?。? 計算上述頻率的每小時變化率；以及 對應(yīng)于頻率的變化率,對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制， 并且在上述頻率信息獲取步驟之后，還包括如下步驟: 接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信息； 利用上述轉(zhuǎn)子速度信息來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能進(jìn)行計算；以及 利用計算的動能來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的個別的下垂系數(shù)進(jìn)行計算。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 上述控制步驟中，利用計算的下垂系數(shù)，對根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動能所變化的電網(wǎng)頻率變化率下垂系數(shù)進(jìn)行體現(xiàn)，從而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電廠的慣性控制方法，其特征在于: 將上述下垂系數(shù)或者電網(wǎng)頻率變化率回路系數(shù)的下限確定在不會使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)減速到最低運轉(zhuǎn)速度以下的范圍內(nèi)。
【文檔編號】F03D7/00GK104234933SQ201310530726
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】姜龍澈, 金阧兗, 李真植, 金煙熙, 金鎮(zhèn)鎬 申請人:全北大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)