CN106208161B - 双馈风电机组追踪亚最优功率系数的一次调频方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频方法，包括如下步骤：1)确定当前功率系数C_p；2)新功率系数的计算；3)新的目标转速的计算；4)实时检测系统频率，并计算偏差量；当系统频率发生改变时，根据频率偏差量Δf及风机当前运行状况，计算需要释放的能量，重复进行步骤2)‑4)的计算，控制风机的转速，使功率系数增大到最优值，增加机组的有功功率。以及提供一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频系统。本发明提供一种提高系统频率稳定性的双馈机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频的方法及系统。

Description

双馈风电机组追踪亚最优功率系数的一次调频方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种双馈风电机组的一次调频的方法及系统，以提高系统频率的稳定性。

背景技术

常规同步发电机转子转速和系统频率直接耦合，当地区的系统频率发生变化时，能够直接响应系统的频率变化，具有的频率响应包括惯量响应、一次调频、和二次调频，这三种频率控制方式相互补充，通过改变发电量，实现提高电力系统的频率稳定性。

目前，双馈风电机组已成为大型风电场的主力机型，但是基于变流器实现最大功率跟踪控制的同时，风力机的转速与电网频率之间不再存在耦合关系。当系统频率发生改变时，机组不进行任何响应，有时甚至会加剧系统频率的变化。随着风电在电力系统中的渗透率不断提高，导致电网的整体惯量减小，电网的有功扰动造成系统频率的波动越来越大。因此，国内的电网导则开始提出风电机组需要具备对电网频率辅助支撑的能力。

目前，大量的研究大多集中在模拟传统同步机，通过释放风机“隐藏”的动能提供频率支撑，即传统发电机的惯量响应，对一次调频的研究较少。惯量响应虽对频率变化的响应快，但是持续时间不长，且在惯量释放后，风机转速恢复时，不可避免的会对电网造成二次冲击。或有的虽引入一次调频控制环节，却并未考虑到风机的运行状况，以及风速的影响，如果频率持续偏离50Hz，则很有可能出现风机转速过大或过小，而导致停机的现象。

发明内容

为了克服现有的双馈风电机组控制方式的系统频率稳定性较差的不足，本发明提供一种提高系统频率稳定性的双馈机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频的方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频方法，所述方法包括如下步骤：

1)确定当前功率系数C_p

根据当前叶轮转速和风速，计算当前叶尖速比λ：式中，Ω为风力发电机组叶轮角速度，R为叶轮半径，U为当前风速；

根据风力发电机组的C_p-λ曲线，得到当前功率系数C_p；

2)新功率系数的计算

假设预留能量设置为ΔP，则由：

式中，ρ为空气密度，S为叶轮扫掠面积，C_p和分别为没有预留能量的功率系数以及预留能量后的功率系数；

得新的功率系数为：

根据新功率系数在C_p-λ曲线上，查找对应新的叶尖速比

3)新的目标转速的计算

根据新的叶尖速比假定当前风速不变，机组运行在非最优状态下，计算新的目标转速：

4)实时检测系统频率，并计算偏差量

当系统频率发生改变时，根据频率偏差量Δf及风机当前运行状况，计算需要释放的能量：ΔP＝KΔf

重复进行步骤2)-4)的计算，控制风机的转速，使功率系数增大到最优值，增加机组的有功功率。

一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频系统，所述系统包括电网频率检测模块和一次调频控制模块；

所述电网频率检测模块，用于实时检测当前电网频率，并计算频率偏差；

所述一次调频控制模块，包括能量储存单元和能量释放单元；所述能量储存单元，用于当系统频率没有偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组始终运行在非最优功率曲线下，储存能量；所述能量释放单元，用于当系统频率偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组靠近或者恢复运行在最优功率曲线，释放原储存能量。

本发明的技术构思为：双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频的方法，基于风力发电机组的C_p-λ曲线，通过改变功率系数C_p的值，使风机运行在非最优运行状态，从而实现一定容量的储存。当电网频率发生改变时，将这部分储存能量释放出来，实现一定时间内对电网频率的支撑作用。

根据预设参数，本发明能够根据实时风速，实时调整风机的转速，使风机运行始终运行在亚最优状态，储存一定容量的能量。当系统频率发生变化时，根据频率偏差量，在一定时间内释放储存的能量，抑制频率变化。在控制转速的过程中，设置限幅环节，保证机组不会失速停机。

本发明的有益效果主要表现在：提高系统频率稳定性。

附图说明

图1是本发明的控制原理图。

图2是风力机的C_p-λ特性曲线；

图3是本发明中的亚最优功率曲线，并给出储存能量过程中的运动轨迹，图中预留的容量为5％Pn，额定功率为1.5MW。

图4为运行在最大功率曲线与亚最优功率曲线的功率对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频方法，包括如下步骤：

1)当前功率系数C_p的计算

根据当前叶轮转速和风速，计算当前叶尖速比λ，根据图2中的C_p-λ曲线，假设图2中的A点为当前的功率系数C_p,对应的有功功率为图3的A1点；

2)新功率系数的计算

假设预留能量设置为ΔP，则由：

得新的功率系数为：

功率系数减小，图2中功率系数由A点逐渐过渡到B点，对应的叶尖速比由λ增大为

3)新的目标转速的计算

根据新的叶尖速比假定当前风速不变，计算新的目标转速：

则机组转速增大，图3有功功率由A1减小至A2点，储存一定能量，图中预留能量为0.05pu。

4)实时检测系统频率，并计算偏差量

当系统频率发生改变时，根据频率偏差量及风机当前运行状况，计算需要释放的能量：ΔP＝KΔf

重复进行步骤2)-4)的计算，控制风机的转速，使功率系数增大，增加机组的有功功率。

一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频系统，所述系统包括电网频率检测模块和一次调频控制模块；所述电网频率检测模块，用于实时检测当前电网频率，并计算频率偏差；所述一次调频控制模块，包括能量储存单元和能量释放单元；所述能量储存单元，用于当系统频率没有偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组始终运行在非最优功率曲线下，储存能量；所述能量释放单元，用于当系统频率偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组靠近或者恢复运行在最优功率曲线，释放原储存能量。

Claims (2)

1.一种双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)确定当前最优功率系数C_p

根据当前叶轮转速和风速，计算当前叶尖速比λ：式中，Ω为风力发电机组叶轮角速度，R为叶轮半径，U为当前风速；

根据风力发电机组的C_p-λ曲线，得到当前最优功率系数C_p；

2)预留能量后的功率系数的计算

假设预留能量设置为ΔP，则由：

式中，ρ为空气密度，S为叶轮扫掠面积，C_p和分别为当前最优功率系数和预留能量后的功率系数；

得预留能量后的功率系数为：

根据预留能量后的功率系数在C_p-λ曲线上，查找对应新的叶尖速比

3)新的风力发电机组叶轮角速度的计算

根据新的叶尖速比假定当前风速不变，机组运行在非最优状态下，储存部分能量，计算新的风力发电机组叶轮角速度：

4)实时检测系统频率，并计算偏差量

当系统频率发生改变时，根据频率偏差量Δf及风机当前运行状况，计算需要释放的能量：P₁＝KΔf；

重复进行步骤2)-4)的计算，控制风机的转速，使功率系数增大到最优值，增加机组的有功功率。

2.一种如权利要求1所述的双馈风电机组基于追踪亚最优功率系数的一次调频方法实现的系统，其特征在于：所述系统包括电网频率检测模块和一次调频控制模块；

所述电网频率检测模块，用于实时检测当前电网频率，并计算频率偏差；

所述一次调频控制模块，包括能量储存单元和能量释放单元；所述能量储存单元，用于当系统频率没有偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组始终运行在非最优功率曲线下，储存能量；所述能量释放单元，用于当系统频率偏离正常频率时，通过调整风机转速，使机组靠近或者恢复运行在最优功率曲线，释放原储存能量。