基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，該方法包括以下步驟：I、提供變速風(fēng)電機(jī)組減載運(yùn)行方案；II、確定所述變速風(fēng)電機(jī)組按所述減載運(yùn)行方案運(yùn)行；III、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻；IV、激活一次調(diào)頻控制模塊，使變速風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻。該方法在留取有功備用容量時(shí)充分考慮了風(fēng)機(jī)動(dòng)能的變化，且有效利用風(fēng)機(jī)本身的出力能力，在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額造成系統(tǒng)頻率下降時(shí)，可以提供持續(xù)的有功功率支撐，有助于提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
【專利說明】基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電技術(shù)中的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體講涉及一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著越來越多的大容量風(fēng)電場(chǎng)直接并入電網(wǎng)，風(fēng)電滲透率不斷提高，使得風(fēng)電與電網(wǎng)的相互影響越來越復(fù)雜。變速風(fēng)電機(jī)組作為現(xiàn)如今商業(yè)化運(yùn)行的主力機(jī)型，采用變頻器控制技術(shù)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率解耦，降低了系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，風(fēng)電滲透率越高對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性越不利。為了獲得最大的風(fēng)能利用率，雙饋風(fēng)電機(jī)組通常運(yùn)行在最大功率跟蹤控制狀態(tài)，無法為系統(tǒng)提供備用容量，更增加了系統(tǒng)的調(diào)頻壓力。
[0003]風(fēng)電的頻率控制要求已逐漸被關(guān)注，如丹麥要求風(fēng)電機(jī)組每分鐘有功功率應(yīng)能變化額定容量的10?100%，據(jù)魁北克水利局電網(wǎng)機(jī)構(gòu)規(guī)定，風(fēng)電場(chǎng)容量大于IOMW時(shí)，風(fēng)電機(jī)組必須有頻率控制系統(tǒng)幫助電力系統(tǒng)減少幅值較大的(>0.5Hz )、持續(xù)時(shí)間較短的(〈IOs)頻率偏差。圍繞著大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性問題，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)此開展了大量的研究工作。其研究主要集中在兩個(gè)方面，一是利用風(fēng)電機(jī)組自身的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能參與系統(tǒng)調(diào)頻，風(fēng)電機(jī)組基于最大功率跟蹤控制運(yùn)行時(shí)，自身的慣量并沒有降低，可通過附加頻率控制環(huán)節(jié)表現(xiàn)出其慣量的作用；二是采用有功功率備用的技術(shù)，正常時(shí)風(fēng)電機(jī)組減載運(yùn)行，留有一定的備用容量，當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生波動(dòng)需要風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)，可通過釋放有功備用容量為電力系統(tǒng)提供持續(xù)的有功功率支撐。在風(fēng)電完全消納困難或風(fēng)電滲透率很高時(shí)，風(fēng)電機(jī)組有備用運(yùn)行具有明顯的優(yōu)勢(shì):無需增加任何投資成本就可為系統(tǒng)留有備用容量，在系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)風(fēng)電機(jī)組的功率控制速度非常快，在系統(tǒng)頻率降低時(shí)可以為系統(tǒng)提供持續(xù)的有功功率支撐。
[0004]雙饋風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻的研究具有極大的價(jià)值。如虛擬慣量控制技術(shù)通過在風(fēng)電機(jī)組主控中附加有功頻率控制模塊，利用風(fēng)電機(jī)組儲(chǔ)存在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量中的動(dòng)能參與系統(tǒng)調(diào)頻，此方法的好處是原理清晰控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，弊端是低風(fēng)速時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低調(diào)頻能力有限，且頻率控制過程中轉(zhuǎn)速下降造成風(fēng)功率捕獲能力下降。如通過超速運(yùn)行控制、變槳控制或通過基于變風(fēng)速的超速與變槳協(xié)調(diào)控制方案留有有功備用參與系統(tǒng)調(diào)頻，超速法通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低風(fēng)電機(jī)組有功出力，儲(chǔ)存有功備用；變槳法通過調(diào)節(jié)槳距角改變風(fēng)電機(jī)組有功出力，儲(chǔ)存有功備用。超速法在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低時(shí)更有優(yōu)勢(shì)，目前多采用優(yōu)先超速法，變槳法作為補(bǔ)充的方案留取有功備用。目前，變速風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻的研究主要集中在如何實(shí)現(xiàn)調(diào)頻功能，缺少深入的理論分析與優(yōu)化研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)控制減載方案的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，該方法在留取有功備用容量時(shí)充分考慮了風(fēng)機(jī)動(dòng)能的變化，且有效利用風(fēng)機(jī)本身的出力能力，在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額造成系統(tǒng)頻率下降時(shí)，可以提供持續(xù)的有功功率支撐，有助于提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0007]—種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其改進(jìn)之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0008]1、提供變速風(fēng)電機(jī)組減載運(yùn)行方案；
[0009]I1、確定所述變速風(fēng)電機(jī)組按所述減載運(yùn)行方案運(yùn)行；
[0010]II1、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻；
[0011]IV、激活一次調(diào)頻控制模塊，使變速風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟I包括:
[0013]在中、低風(fēng)速區(qū)采用超速與變槳協(xié)調(diào)的方案實(shí)現(xiàn)機(jī)組的減載運(yùn)行，最大程度的提高風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)備用運(yùn)行的同時(shí)盡可能增加正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能，使風(fēng)機(jī)參與系統(tǒng)調(diào)頻；
[0014]在高風(fēng)速區(qū)采用變槳法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的減載運(yùn)行，保證變速風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)等比例容量的有功功率備用，并可利用風(fēng)機(jī)的短時(shí)超額定出力能力。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟II中，變速風(fēng)電機(jī)組按照預(yù)先設(shè)計(jì)的減載運(yùn)行方案運(yùn)行，保證變速風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)留有要求的有功備用容量。
[0016]進(jìn)一步的，所述在中、低風(fēng)速區(qū)采用超速與變槳協(xié)調(diào)的方法留取有功功率備用，超速與變槳協(xié)調(diào)的方法滿足如 下的關(guān)系:
[0017]留取備用容量時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下式(I):
[0018]max (ω) (I)
[0019]滿足等式約束條件如式(2)和不等式約束條件如式(3):
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: I.提供變速風(fēng)電機(jī)組減載運(yùn)行方案； I1、確定所述變速風(fēng)電機(jī)組按所述減載運(yùn)行方案運(yùn)行； II1、判斷變速風(fēng)電機(jī)組是否參與系統(tǒng)調(diào)頻； IV、激活一次調(diào)頻控制模塊，使變速風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述步驟I包括: 在中、低風(fēng)速區(qū)采用超速與變槳協(xié)調(diào)的方案實(shí)現(xiàn)機(jī)組的減載運(yùn)行，最大程度的提高風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)備用運(yùn)行的同時(shí)盡可能增加正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能，使風(fēng)機(jī)參與系統(tǒng)調(diào)頻； 在高風(fēng)速區(qū)采用變槳法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的減載運(yùn)行，保證變速風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)等比例容量的有功功率備用，并可利用風(fēng)機(jī)的短時(shí)超額定出力能力。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述步驟II中，變速風(fēng)電機(jī)組按照預(yù)先設(shè)計(jì)的減載運(yùn)行方案運(yùn)行，保證變速風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)留有要求的有功備用容量。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述在中、低風(fēng)速區(qū)采用超速與變槳協(xié)調(diào)的方法留取有功功率備用，超速與變槳協(xié)調(diào)的方法滿足如下的關(guān)系: 留取備用容量時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下式(I): max(ω) (I) 滿足等式約束條件如式(2)和不等式約束條件如式(3):
5.如權(quán)利要求2所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述在高風(fēng)速區(qū)采用變槳法留取有功功率備用，變槳法滿足如下的關(guān)系。 滿足等式約束條件如式(4)和不等式約束條件如式(5):
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述步驟III包括:判斷系統(tǒng)頻率變化是否小于等于0.2HZ，若是則系統(tǒng)頻率正常，風(fēng)電機(jī)組按所述減載運(yùn)行方案運(yùn)行，不參與系統(tǒng)調(diào)頻；否則風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻，進(jìn)入步驟IV。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:所述步驟IV包括:系統(tǒng)頻率不正常較低時(shí)，中風(fēng)速區(qū)和低風(fēng)速區(qū)時(shí)，采用更改運(yùn)行曲線的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制，同時(shí)更改功率槳距角對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行一次調(diào)頻控制； 高風(fēng)速區(qū)時(shí)，采用附加有功快速給定控制和槳距角控制實(shí)現(xiàn)變速風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻控制。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:在所述中風(fēng)速與低風(fēng)速區(qū)是，采用更改運(yùn)行曲線的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制如下式(6):
9.如權(quán)利要求7所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:在所述中風(fēng)速與低風(fēng)速區(qū)配合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制采用更改功率槳距角對(duì)應(yīng)關(guān)系的方法對(duì)槳距角進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻控制如下式(7):
10.如權(quán)利要求7所述的一種基于超速與變槳協(xié)調(diào)的變速風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其特征在于:在所述高風(fēng)速區(qū)采用附加有功快速給定控制和槳距角控制實(shí)現(xiàn)變速風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻控制如上式(7)和下式(8):
【文檔編號(hào)】H02J3/46GK103795089SQ201310680876
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】遲永寧, 王偉勝, 田新首, 李琰, 董存, 湯海雁, 張占奎, 王真, 孫蔚, 蘇媛媛, 魏林君, 王志冰 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測(cè)有限公司, 江蘇省電力公司