CN108242814A - 变速变频风电机组的一次调频方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变速变频风电机组的一次调频方法和设备，所述一次调频方法包括：A)检测电网的当前频率；B)计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；C)当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率；D)当所述频率偏差超出频率死区时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。在根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法中，通过转矩和变桨协调控制参与电网系统的一次调频，具有更快的惯量响应速度，同时有效地避免了机组转子转速超速的问题，可实现风电机组稳定运行下快速准确地改变风电机组的输出功率。

Description

变速变频风电机组的一次调频方法和设备
技术领域
本发明涉及风力发电系统的控制技术领域，更具体地讲，涉及一种变速变频风电机组的一次调频方法和设备。
背景技术
电力系统运行是一个发电与负荷实时平衡的过程。当系统由于切机或者负荷突变等导致系统频率发生较大变化时，常规的同步发电机因其转速和系统频率之间具有耦合关系，其转子转速将随之自动变化，通过释放/吸收转子动能阻尼系统频率快速变化，然后通过一次调频使其系统频率趋于稳定。然而，目前运行最广泛的变速恒频风电机组，虽然采用了背靠背(back-to-back)变换器通过机网侧解耦控制实现了变速恒频运行，但这也导致机组与系统完全解耦，不再具备响应频率变化的能力，风电机组转子动能被变频器控制完全“隐藏”。从电力系统角度看，风电机组的转动惯量为零，因此大规模风电接入电力系统将会明显减弱系统的调频能力。为了补偿风电随机性带来的系统备用电源不足，消除风电机组无惯量响应能力产生的频率快速变化，维持系统频率稳定性，国内外已发布一系列电网导则明确提出并网风电场需要提供和常规发电厂一样的旋转备用、惯性响应以及一次调频等附属功能。随着变速恒频发电机组的深入研究可知，变速型风机具有较大的控制灵活性，通过调整控制目标和控制策略，可以使机组主动响应系统频率的变化，使其具备类似于传统同步发电机的惯性响应和频率调节能力。目前，风力发电机组主要通过转子惯性、转速超速和变桨方式进行有功功率控制，以参与系统一次调频。
转子惯性控制通过控制转子速度短时释放/吸收风电机组旋转体所存储的部分动能以快速响应系统频率的暂态变化，但其持续时间较短且频率恢复期间容易造成频率二次污染，并且在低频低风速和高频高风速情况下难以提供有效调频功率。转速超速控制则是控制转子超速运行，使风机运行于非最大功率捕获状态的次优点，保留一部分的有功功率备用，用于一次频率调节。但该方法受风速随机性影响较大且会降低风电场的发电效益。变浆控制通过控制风机的桨距角保留一部分备用容量，该方法的响应速度较慢且增加变桨系统的疲劳度降低机组运行寿命。
综上所述，目前变速变频风力发电机组缺少有效的一次调频控制技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可进行快速准确调频的变速变频风电机组的一次调频方法和设备。
本发明的一方面提供一种变速变频风电机组的一次调频方法，所述一次调频方法包括：A)检测电网的当前频率；B)计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；C)当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率，其中，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值；D)当电网的当前频率大于标准频率时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，或者，当电网的当前频率小于标准频率时，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较，当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
可选地，步骤D)还包括：当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调整控制风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，其中，调整风电机组的转矩给定值的步骤包括：根据所述第一功率和风电机组的转速计算得到第一转矩给定值，将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
可选地，步骤C)包括：C1)确定风电机组的当前输出功率；C2)计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；C3)将风电机组的当前输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
可选地，在步骤C2)中，根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系来得到所述功率变化量。
可选地，所述一次调频方法还包括：F)在执行一次调频之后，继续检测电网的当前频率；G)计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；H)当所述频率偏差没有超出频率死区时，将风电机组转矩给定值调整为第二转矩给定值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值；I)将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。
本发明的另一方面还一种变速变频风电机组的一次调频设备，所述一次调频设备包括：频率检测单元，检测电网的当前频率；频率偏差确定单元，计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；第一功率确定单元，当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率，其中，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值；调频单元，当电网的当前频率大于标准频率时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，或者，当电网的当前频率小于标准频率时，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较，当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
可选地，当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调频单元通过调整风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，其中，调频单元根据所述第一功率和风电机组的转速计算得到第一转矩给定值，将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
可选地，第一功率确定单元通过以下方式来确定第一功率：确定风电机组的当前输出功率；计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；将风电机组的当前输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
可选地，第一功率确定单元根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系来得到所述功率变化量。
可选地，在执行一次调频之后，频率检测单元继续检测电网的当前频率，
频率偏差单元计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区，当所述频率偏差没有超出频率死区时，调频单元将风电机组转矩给定值调整为第二转矩给定值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值，调频单元将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。
根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率大于标准频率且频率偏差超出频率死区时，通过转矩和变桨协调控制参与电网系统的一次调频，具有更快的惯量响应速度，同时有效地避免了机组转子转速超速的问题，可实现风电机组稳定运行下快速准确地降低风电机组的输出功率。
此外，根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率小于标准频率、频率偏差超出频率死区且桨距角小于启动变桨控制的桨距角的最小值(风速较小)时，通过转矩控制进行电网系统的一次调频，可以充分利用转子动能提升风电机组的输出功率以支撑电网频率恢复，无需牺牲风电场发电效益。
此外，根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率小于标准频率、频率偏差超出频率死区且桨距角大于启动变桨控制的桨距角的最小值(风速较大)时，通过转矩和变桨协调控制，利用备用功率提升风电机组的输出功率，无需牺牲风电场发电效益，可以为电网提供更长时间的调频功率，有效地提高整个风电场的一次调频能力。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频方法的流程图；
图2至图4是示出根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频方法进行一次调频的仿真效果图；
图5是示出根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频设备的结构框图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频方法的流程图。
在步骤S10，检测电网的当前频率。这里，可实时地检测电网的当前频率。
在步骤S20，计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区。所述标准频率是指电网标准的交流供电频率。所述频率死区是指电网频率与标准频率之间的频率偏差允许的波动范围。当所述频率偏差没有超出频率死区时，不需要进行一次调频，返回执行步骤S10，继续检测电网的当前频率。当所述频率偏差超出频率死区时，需要进行一次调频，执行步骤S30和步骤S40。这里，步骤S30和步骤S40的执行顺序不受限制，可以先执行步骤S30，再执行步骤S40；也可以先执行步骤S40，再执行步骤S30。
在步骤S30，确定风电机组的第一功率。这里，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值。
所述第一功率为风机的当前输出功率(即进入一次调频之前的输出功率)与平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量之和。相应地，步骤S30可包括：确定风电机组的当前输出功率；计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；将风电机组的当前输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
这里，所述功率变化量可以根据历史经验数据或实验数据获得。
优选地，可以根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系得到所述功率变化量。可从相应的电网导则来获得所述映射关系。
例如，在标准频率为50Hz，频率死区为[-0.03Hz，0.03Hz]的情况下，可以根据如下等式(1)来计算所述功率变化量：
其中，ΔPgrid表示所述功率变化量，PN表示风电机组的额定输出功率，f表示电网的当前频率。
这里，本领域技术人员可以理解，不同的电网导则对应的等式(1)可能不同。
在步骤S40，确定电网的当前频率是否大于标准频率。当电网的当前频率大于标准频率时，说明电网系统的负载减小，需要风机相应地减少输出功率以平衡发电量与电网系统的负载量；当电网的当前频率小于标准频率时，说明电网系统的负载增加，需要风电机组相应地增加输出功率以平衡发电量与电网系统的负载量。当电网的当前频率大于标准频率时，执行步骤S50；当电网的当前频率小于标准频率时，执行步骤S60。
在步骤S50，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。这里，调整风电机组的转矩给定值是指惯量控制，控制风电机组的桨距角是指变桨控制。
在步骤S50中，通过同时控制电机组的转子转矩以及控制风电机组的桨距角来使风电机组减小输出功率，即输出所述第一功率。
这里，可先根据所述第一功率以及风电机组的转子转速来计算出第一转矩给定值，再将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
可通过以下等式(2)来计算所述第一转矩给定值：
其中，Tf表示所述第一转矩给定值，Preference表示所述第一功率，Ω表示风电机组的转子的线速度。
这里，为了减小设计的工作量，可将现有的用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的最大输出限值和最小输出限值都设置为所述第一转矩给定值，来将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
这里，为了减小设计的工作量，可将现有的用于控制风电机组的桨距角的比例积分控制器的目标值设置为所述第一功率，来控制风电机组的桨距角。
在步骤S60，当电网的当前频率小于标准频率，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较。
当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，说明风电机组未进入满发状态，此时的风速较小，风电机组没有备用功率储备，执行步骤S70，采用最大风能跟踪控制；当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，说明风电机组进入满发状态，此时的风速较大，风电机组有备用功率储备，执行步骤S80，采用恒功率控制。
在步骤S70，通过调整风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。这里，可采用步骤S50中类似的方式来调整风电机组的转矩给定值。
由于在步骤S70中需要增加风电机组的输出功率，根据等式(2)计算确定的第一转矩给定值可能会大于风电机组的转子转矩的最大限值(即用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的预设最大输出限值)，因此，在步骤S70中，当所述第一转矩给定值大于风电机组的转子转矩的最大限值时，将所述第一转矩给定值设置为等于所述最大限值。
此外，由于在步骤S70中是利用转子的动能来提升风电机组的输出功率，因此，为了防止转子的转速低于风电机组的切入转速而导致风电机组停机，需要计算执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能，并计算执行一次调频期间风电机组释放的转子动能量；当释放的转子动能量大于所述最大动能时，停止执行一次调频。
在步骤S70中，可通过以下等式(3)来计算执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能。
其中，ΔEmax表示执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能，ωmin表示风电机组切出的转子最小角速度，ωback表示风电机组的转子的角速度，J表示风电机组的转子转动惯量。
在步骤S70中，可通过将一次调频期间风电机组提升的功率进行累加来得到风电机组释放的转子动能量。
在步骤S80，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。这里，可采用步骤S50中类似的方式来调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角。
此外，为了对电网的频率进行实时监控，根据本发明示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频方法还可在执行一次调频之后，继续检测电网的当前频率；计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区。
当所述频率偏差没有超出频率死区时，将风电机组的转矩给定值调整为第二转矩给定值，并且将用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的最大输出限值和最小输出限值恢复为预设值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值；将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。也就是说，将用于控制风电机组桨距角的比例积分控制器的目标值由第一功率以恒定的速率增加至当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值，这样可以避免风电机组的输出功率出现较大的超调。
根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率大于标准频率且频率偏差超出频率死区时，通过转矩和变桨协调控制参与电网系统的一次调频，具有更快的惯量响应速度，同时有效地避免了机组转子转速超速的问题，可实现风电机组稳定运行下快速准确地降低风电机组的输出功率。
图2示出根据本发明示例性实施例的一次调频方法进行一次调频的仿真效果图。如图2所示，电网的频率发生了一个上升阶跃，在电网的频率上升期间，通过转矩和变桨协调控制使所述风电机组快速准确地降低了输出功率。
此外，根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率小于标准频率、频率偏差超出频率死区且桨距角小于启动变桨控制的桨距角的最小值(风速较小)时，通过转矩控制进行电网系统的一次调频，可以充分利用转子动能提升风电机组的输出功率以支撑电网频率恢复，无需牺牲风电场发电效益。
图3示出根据本发明示例性实施例的一次调频方法进行一次调频的另一仿真效果图。如图3所示，电网的频率发生了一个下降阶跃，风电机组输出的功率较小(风速较小)，在电网的频率下降期间，通过转矩控制进行风电机组的一次调频，充分利用了转子动能提升风电机组的输出功率以支撑电网频率恢复，无需牺牲风电场发电效益。
此外，根据本发明示例性实施例的风电机组的一次调频方法，在电网的频率小于标准频率、频率偏差超出频率死区且桨距角大于启动变桨控制的桨距角的最小值(风速较大)时，通过转矩和变桨协调控制，利用备用功率提升风电机组的输出功率，无需牺牲风电场发电效益，可以为电网提供更长时间的调频功率，有效地提高整个风电场的一次调频能力。
图4示出根据本发明示例性实施例的一次调频方法进行一次调频的另一仿真效果图。如图4所示，电网的频率发生了一个下降阶跃，风电机组输出的功率较大(风速较大)，在电网的频率下降期间通过转矩和变桨协调控制，利用备用功率提升风电机组的输出功率，无需牺牲风电场发电效益，可以为电网提供更长时间的调频功率，有效地提高整个风电场的一次调频能力。
图5是示出根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频设备的结构框图。如图5所示，根据本发明的示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频设备包括频率检测单元10、频率偏差确定单元20、第一功率确定单元30、调频单元40。
频率检测单元10检测电网的当前频率。这里，频率检测单元10可实时地检测电网的当前频率。
频率偏差确定单元20计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区。所述标准频率是指电网标准的交流供电频率。所述频率死区是指电网频率与标准频率之间的频率偏差允许的波动范围。当所述频率偏差没有超出频率死区时，不需要进行一次调频，频率检测单元10继续检测电网的当前频率。当所述频率偏差超出频率死区时，第一功率确定单元30确定风电机组的第一功率。这里，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值。
所述第一功率为风机的输出功率(即进入一次调频之前的输出功率)与平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量之和。相应地，第一功率确定单元30可确定风电机组的输出功率；计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；计算风电机组的输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
这里，所述功率变化量可以根据本历史经验数据或实验数据获得。
优选地，可以根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系得到所述功率变化量。可从相应的电网导则来获得所述映射关系例如，在标准频率为50Hz，频率死区为[-0.03Hz，0.03Hz]的情况下，第一功率确定单元30可以根据如下等式(1)来计算所述功率变化量：
其中，ΔPgrid表示所述功率变化量，PN表示风电机组的额定输出功率，f表示电网的当前频率。
这里，本领域技术人员可以理解，不同的电网导则对应的等式(1)可能不同。
调频单元40可根据电网的当前频率是否大于标准频率来执行相应的一次调频策略。当电网的当前频率大于标准频率时，说明电网系统的负载减小，需要风机相应地减少输出功率以平衡发电量与电网系统的负载量；当电网的当前频率小于标准频率时，说明电网系统的负载增加，需要风电机组相应地增加输出功率以平衡发电量与电网系统的负载量。
当电网的当前频率大于标准频率时，调频单元40通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
调频单元40通过同时控制电机组的转子转矩以及控制风电机组的桨距角来使风电机组减小输出功率，即输出所述第一功率。
这里，调频单元40可先根据所述第一功率以及风电机组的转子转速来计算出第一转矩给定值，再将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
可通过以下等式(2)来计算所述转矩给定值：
其中，Tf表示所述第一转矩给定值，Preference表示所述第一功率，Ω表示风电机组的转子的线速度。
这里，为了减小设计的工作量，调频单元40可将现有的用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的最大输出限值和最小输出限值都设置为所述第一转矩给定值，来将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
这里，为了减小设计的工作量，调频单元40可将现有的用于控制风电机组的桨距角的比例积分控制器的目标值设置为所述第一功率，来控制风电机组的桨距角。
当电网的当前频率小于标准频率，调频单元40检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较。
当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，说明风电机组未进入满发状态，此时的风速较小，风电机组没有备用功率储备，调频单元40采用最大风能跟踪控制；当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，说明风电机组进入满发状态，此时的风速较大，风电机组有备用功率储备，调频单元40采用恒功率控制。
当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调频单元40通过调整风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。这里，调频单元40可采用上述电网的当前频率大于标准频率时采用的风电机组的转子转矩的方式来调整风电机组的转矩给定值。
由于在电网的当前频率小于标准频率时，需要增加风电机组的输出功率，根据等式(2)计算确定的第一转矩给定值可能会大于风电机组的转子转矩的最大限值(即用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的预设最大输出限值)，因此，当所述第一转矩给定值大于风电机组的转子转矩的最大限值时，调频单元40将所述转矩给定值设置为等于所述最大限值。
此外，由于这里调频单元40是利用转子的动能来提升风电机组的输出功率，因此，为了防止转子的转速低于风电机组的切入转速而导致风电机组停机，需要计算执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能，并计算执行一次调频期间风电机组释放的转子动能量；当释放的转子动能量大于所述最大动能时，停止执行一次调频。
调频单元40可通过以下等式(3)来计算执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能。
其中，ΔEmax表示执行一次调频之前风电机组的转子所能释放的最大动能，ωmin表示风电机组切出的转子最小角速度，ωback表示风电机组的转子的角速度，J表示风电机组的转子转动惯量。
调频单元40可通过将一次调频期间风电机组提升的功率进行累加来得到风电机组释放的转子动能量。
当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，调频单元40通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
此外，为了对电网的频率进行实时监控，根据本发明示例性实施例的变速变频风电机组的一次调频方法还可在执行一次调频之后，频率检测单元10可继续检测电网的当前频率；频率偏差确定单元20计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区。
当所述频率偏差没有超出频率死区时，调频单元40将风电机组的转矩给定值调整为第二转矩给定值，并且将用于控制风电机组转矩的比例积分控制器的最大输出限值和最小输出限值恢复为预设值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值；将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。也就是说，将用于控制风电机组桨距角的比例积分控制器的目标值由第一功率以恒定的速率增加至当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值，这样可以避免风电机组的输出功率出现较大的超调。
此外，应该理解，根据本发明的风电机组的一次调频方法也可实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储其后可由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质也可分布于连接网络的计算机系统，从而计算机可读代码以分布式存储和执行。此外，完成本发明的功能程序、代码和代码段可容易地被与本发明相关的领域的普通程序员在本发明的范围之内解释。
此外，根据本发明的示例性实施例的风电机组的一次调频设备中的各个单元可完全由硬件来实现，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)；还可以由硬件和软件相结合的方式来实现；也可以完全通过计算机程序来以软件方式实现，例如，被实现为安装在电子装置中用于控制风电机组的应用中的各个模块。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种变速变频风电机组的一次调频方法，其特征在于，所述一次调频方法包括：
A)检测电网的当前频率；
B)计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；
C)当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率，其中，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值；
D)当电网的当前频率大于标准频率时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，
或者，当电网的当前频率小于标准频率时，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较，当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
2.根据权利要求1所述的一次调频方法，其特征在于，步骤D)还包括：
当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调整控制风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，
其中，调整风电机组的转矩给定值的步骤包括：根据所述第一功率和风电机组的转速计算得到第一转矩给定值，将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
3.根据权利要求1所述的一次调频方法，其特征在于，步骤C)包括：
C1)确定风电机组的当前输出功率；
C2)计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；
C3)将风电机组的当前输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
4.根据权利要求3所述的一次调频方法，其特征在于，在步骤C2)中，根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系来得到所述功率变化量。
5.根据权利要求2所述的一次调频方法，其特征在于，所述一次调频方法还包括：
F)在执行一次调频之后，继续检测电网的当前频率；
G)计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；
H)当所述频率偏差没有超出频率死区时，将风电机组转矩给定值调整为第二转矩给定值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值；
I)将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。
6.一种变速变频风电机组的一次调频设备，其特征在于，所述一次调频设备包括：
频率检测单元，检测电网的当前频率；
频率偏差确定单元，计算电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区；
第一功率确定单元，当所述频率偏差超出频率死区时，确定风电机组的第一功率，其中，所述第一功率为一次调频时，风电机组输出的有功功率给定值；
调频单元，当电网的当前频率大于标准频率时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，或者，当电网的当前频率小于标准频率时，检测风电机组的当前桨距角，并将检测到的当前桨距角与启动变桨控制的桨距角的最小值进行比较，当检测到的当前桨距角大于所述最小值时，通过调整风电机组的转矩给定值以及控制风电机组的桨距角使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频。
7.根据权利要求6所述的一次调频设备，其特征在于，当检测到的当前桨距角小于所述最小值时，调频单元通过调整风电机组的转矩给定值使风电机组输出所述第一功率，以实现一次调频，
其中，调频单元根据所述第一功率和风电机组的转速计算得到第一转矩给定值，将风电机组的转矩给定值调整为第一转矩给定值。
8.根据权利要求6所述的一次调频设备，其特征在于，第一功率确定单元通过以下方式来确定第一功率：确定风电机组的当前输出功率；计算平衡所述频率偏差需要风电机组输出的功率变化量；将风电机组的当前输出功率与所述功率变化量的和作为风电机组的第一功率。
9.根据权利要求8所述的一次调频设备，其特征在于，第一功率确定单元根据功率变化量与额定输出功率以及当前频率之间的映射关系来得到所述功率变化量。
10.根据权利要求7所述的一次调频设备，其特征在于，在执行一次调频之后，
频率检测单元继续检测电网的当前频率，
频率偏差单元计算检测到的电网的当前频率与标准频率之间的频率偏差，并确定所述频率偏差是否超出频率死区，
当所述频率偏差没有超出频率死区时，调频单元将风电机组转矩给定值调整为第二转矩给定值，其中，第二转矩给定值表示在当前风速下风电机组输出功率时对应的转矩值，
调频单元将所述第一功率以恒定的速率恢复到当前风速下风电机组的输出功率的功率给定值。
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