本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)，尤其涉及一種并網(wǎng)風(fēng)電功率綜合調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)電功率具有強(qiáng)波動(dòng)性和不確定性，且在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)控制策略下幾乎不響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化。因此，在高滲透率風(fēng)電接入情況下，為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的有功實(shí)時(shí)平衡，保證供電的充裕性、可靠性和電能質(zhì)量，往往需要很大量的旋轉(zhuǎn)備用，從而影響了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)慣量降低的問題也正在引起高度關(guān)注，風(fēng)機(jī)制造廠家已在開發(fā)風(fēng)機(jī)的慣量控制模塊，以響應(yīng)電網(wǎng)頻率的動(dòng)態(tài)變化。如何減小風(fēng)電功率波動(dòng)，且使其具有類似于常規(guī)機(jī)組的電網(wǎng)頻率響應(yīng)能力，以增強(qiáng)風(fēng)電功率的電網(wǎng)友好性，是風(fēng)電可持續(xù)、大規(guī)模發(fā)展的重要課題。

當(dāng)前，在風(fēng)電機(jī)組功率調(diào)控方面已有較多研究，大致可歸納為２種途徑，其一是風(fēng)電機(jī)組本身的控制，其二是利用儲(chǔ)能技術(shù)。第一種途徑的實(shí)現(xiàn)方法主要包括風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制、備用功率控制和聯(lián)合控制（即將前２種方法聯(lián)合應(yīng)用）3 種。該類方法幾乎不需要額外的硬件投入，可以減少投資成本，但是存在控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜、風(fēng)能利用率降低、風(fēng)機(jī)機(jī)械疲勞增加等不足。同時(shí)，這類方法宜于在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于已投運(yùn)的機(jī)組改造成本則會(huì)很高，可操作性較差。

快速儲(chǔ)能裝置以電力電子作為能量轉(zhuǎn)換接口，具有快速的功率響應(yīng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向調(diào)節(jié)。利用儲(chǔ)能對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電功率進(jìn)行調(diào)控，能夠獲得相對(duì)更好的功率特性和經(jīng)濟(jì)性，儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展為增強(qiáng)風(fēng)電功率可控性提供了一條有效途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服風(fēng)電功率波動(dòng)抑制的難題，本發(fā)明提出一種并網(wǎng)風(fēng)電功率綜合調(diào)控方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提出一種新型的利用利用飛輪儲(chǔ)能FESS改善并網(wǎng)風(fēng)電功率特性的綜合控制方法。

一種并網(wǎng)風(fēng)電功率綜合調(diào)控方法包括風(fēng)電功率綜合調(diào)控系統(tǒng)、虛擬慣量控制、一次調(diào)頻控制和功率平滑控制四個(gè)部分。

所述風(fēng)電功率綜合調(diào)控系統(tǒng)由雙向功率變換器、升壓變壓器、多臺(tái)風(fēng)機(jī)及多個(gè)控制單元組成。

所述虛擬慣量控制包括虛擬慣量控制和儲(chǔ)能相位補(bǔ)償兩個(gè)部分。

所述一次調(diào)頻控制由死區(qū)環(huán)節(jié)、高通濾波環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)構(gòu)成。

所述功率平滑控制采用模糊推理的方法確定FESS的輸出功率參考值。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提控制策略能夠虛擬出風(fēng)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)使FESS可以在平滑功率控制和頻率響應(yīng)控制2 種工作模式下無縫靈活切換，從而取得了較好的功率調(diào)控效果。在抑制風(fēng)電功率波動(dòng)的同時(shí)，可以響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，虛擬出類似于常規(guī)機(jī)組的慣量響應(yīng)特性，并可以靈活切換到頻率控制模式下，參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻，從而有效減小風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的負(fù)面影響。

附圖說明

圖1 風(fēng)電功率綜合調(diào)控系統(tǒng)。

圖2 虛擬慣量控制。

圖3 一次頻率控制。

具體實(shí)施方式

圖1中，F(xiàn)ESS 通過AC/DC/AC 雙向功率變換器（由系統(tǒng)側(cè)變換器（SSC）和飛輪側(cè)變換器（FSC）構(gòu)成）和升壓變壓器T2接在風(fēng)電場出口交流母線B2處，多臺(tái)風(fēng)機(jī)通過匯流母線B1和升壓變壓器T1也接在母線B2處，兩者并聯(lián)后經(jīng)過二次升壓接入大電網(wǎng)。其中，F(xiàn)ESS 采用基于永磁同步電機(jī)的FESS等效模型，而風(fēng)電場則由DFIG風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成。FESS的控制系統(tǒng)主要由虛擬慣量控制、頻率響應(yīng)控制和功率平滑控制3個(gè)模塊組成。虛擬慣量控制模塊以電網(wǎng)頻率信號(hào)作為輸入，通過控制器設(shè)計(jì)使WF-FESS 對(duì)外表現(xiàn)出類似于同步發(fā)電機(jī)慣量的頻率響應(yīng)特性，從而增大整個(gè)電力系統(tǒng)的慣量，使電力系統(tǒng)在負(fù)荷波動(dòng)引起頻率變化時(shí)，頻率的變化速度變慢，有利于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。功率平滑控制和頻率響應(yīng)控制2種工作模式可以互相切換，其取決于選擇開關(guān)S的位置。一般情況下，電網(wǎng)頻率能夠維持在規(guī)定的頻率上下限范圍內(nèi)，此時(shí)控制系統(tǒng)工作于功率平滑控制模式（選擇開關(guān)S處于b位置），F(xiàn)ESS 主要用于抑制風(fēng)電功率波動(dòng)；而當(dāng)電網(wǎng)頻率越限時(shí)，控制系統(tǒng)切換到一次調(diào)頻控制模式（選擇開關(guān)S處于a位置），從而使FESS 響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，參與一次調(diào)頻過程，幫助電網(wǎng)頻率恢復(fù)。當(dāng)頻率恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)后，F(xiàn)ESS重新切換到平滑功率控制模式下工作，在抑制風(fēng)電功率波動(dòng)的同時(shí)，調(diào)整FESS荷電狀態(tài)，使其盡可能保持在合適的荷電狀態(tài)下。

圖2中，控制器以電網(wǎng)頻率為輸入，以用于慣量響應(yīng)的FESS 功率指令值為輸出，包括2個(gè)控制環(huán)節(jié)，第1環(huán)節(jié)用于實(shí)現(xiàn)模擬同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量響應(yīng)；第2環(huán)節(jié)是一個(gè)比例-微分相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，為了補(bǔ)償由FESS的功率響應(yīng)過程引起的相位滯后。

圖3中，控制器由死區(qū)環(huán)節(jié)、高通濾波環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)構(gòu)成，其輸入為電網(wǎng)頻率變化量（根據(jù)系統(tǒng)頻率期望值和實(shí)時(shí)反饋值求取得到），輸出為用于一次調(diào)頻響應(yīng)的FESS功率指令值。死區(qū)環(huán)節(jié)可以根據(jù)電網(wǎng)頻率偏差的程度，激活或退出FESS 的頻率響應(yīng)模式，設(shè)置為±0.2 Hz；高通濾波器環(huán)節(jié)通過設(shè)置合適的時(shí)間常數(shù)TH，能夠阻斷頻率偏差的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，使得一次頻率調(diào)整過程僅僅響應(yīng)動(dòng)態(tài)頻率偏差信號(hào)，而對(duì)穩(wěn)態(tài)頻率差信號(hào)失效；比例環(huán)節(jié)則為了模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻的下垂控制過程，使電網(wǎng)中的多臺(tái)并聯(lián)工作發(fā)電機(jī)能夠按合適的比例參與頻率控制。

為了抑制風(fēng)電功率波動(dòng)，同時(shí)維持FESS 的荷電狀態(tài)在允許的范圍內(nèi)，采用模糊推理的方法確定FESS 的輸出功率參考值。模糊推理的輸入為風(fēng)電功率和飛輪轉(zhuǎn)速，輸出為FESS工作于平滑功率模式時(shí)的功率指令值。