CN108306313A - 一种风光互补电网调频控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种风光互补电网调频控制方法，包括以下步骤：a)通过变流器检测电网频率，判断电网频率是否超出死区值；b)当电网频率超出死区值，光伏发电装置调节输出的有功功率进行电网调频；当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置调节有功功率，进一步进行电网调频。以及提供一种风光互补电网调频控制系统。本发明增强风力发电对电网稳定性调节的能力，减少开发者对土地的征用，提高了资源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于风电领域，涉及一种风光互补电网调频控制方法及系统。
背景技术
近些年，可再生能源，尤其是风能和太阳能得到了充分的发展。随着技术的进步，将风能和太阳能结合的开发模式，越来越受到开发商的青睐。单独的风能或太阳能的开发，其发电效率都会受到环境因素的限制，影响开发者的效益。与此同时，风能和太阳能的单独开发，需要单独的进行土地的征用，加大了开发者的前期资本投入。风能和太阳能的组合开发，可以发挥各自的优势互补，提高开发者的收益。同时，面对电网频率的波动，风电对大电网稳定性调节的有限性，光伏发电可以对风电进行补充，共同参与电网频率调节，达到稳定大电网的作用。
发明内容
为了克服已有技术的风能和太阳能单独开发的效率不高的不足，以及风电对大电网稳定性调节的有限性，本发明提供一种效率较高的风光互补电网调频控制方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种风光互补电网调频控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
a)通过变流器检测电网频率，判断电网频率是否超出死区值；
b)当电网频率超出死区值，光伏发电装置调节输出的有功功率进行电网调频；当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置调节有功功率，进一步进行电网调频。
进一步，所述步骤b)中，当电网频率超出死区时，光伏发电装置的功率控制指令为：
其中，Pinertia是惯量响应的功率指令值，J是结合电网需求提出的模拟惯量值，ω是电网电角速度；光伏发电装置的转动惯量J应满足以下条件：
其中，Pmax是光伏发电装置的最大输出功率，J是光伏发电装置的最大模拟转动惯量，ω是电网电角速度。
再进一步，当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置的功率控制指令为：
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，m是风力发电装置的一次调频下垂系数，ω是电网电角速度，ωref是电网电角速度参考值；
风力发电装置的一次调频下垂系数应满足以下条件：
Δωmax＝max(ωmax-ωref,ωref-ωmin)
由于光伏发电装置和风力发电装置的变流器部分共用，那么当频率支撑时会出现超出变流器容量的限制；那么当惯量响应支撑功率Pinertia和一次调频支撑功率Pdroop叠加超过变流器容量时，惯量响应支撑功率Pinertia调整如下：
Pf＝Pdroop＝Pmax-Pinertia
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，Pinertia是惯量响应的功率指令值，Pmax是自适应性发电装置的最大输出功率。
一种风光互补调频控制系统，所述系统包括：
变流器，用于检测电网的电网频率，并将频率值输出给风光互补电网调频控制系统；
风力发电装置，用于利用风能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
光伏发电装置，用于利用太阳能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
电网调频控制模块，用于根据变流器检测的电网频率，并进行电网频率死区判定，进一步调动光伏发电装置和风力发电装置进行电网频率调节。
进一步，所述变流器位于风力发电装置塔架最下层平台上，光伏发电装置和风力发电装置共用一个变流器。
再进一步，所述风力发电装置包括风电机组，用于利用风能产生电能，并通过变流器传输给电网。
更进一步，所述光伏发电装置包括角度控制系统、角度调节装置、角度测量装置、光伏组件、储能元件和逆变器，能够根据太阳的实时位置调整光伏组件的角度，使光伏组件以最佳角度接受太阳能，再将太阳能转化为电能，输送给大电网。
所述角度控制系统能够根据太阳的实时角度，控制角度调节装置实时调节光伏组件的角度，同时接受角度测量装置反馈的实际角度数据，让光伏组件以最佳的角度接受太阳能；所述角度控制系统集成于风力发电机组塔基主控系统中。
所述光伏发电装置中，所述角度调节装置、角度测量装置、光伏组件均位于风力发电机组塔架外侧，无需另外征用土地，节约土地成本。
所述角度调节装置接受角度控制系统的信号实时调节光伏组件的角度。所述角度测量装置能够准确测量光伏组件的实时角度，同时反馈给角度控制系统。所述角度测量装置由倾角传感器组成，安装于角度调节装置上面。所述光伏组件安装于角度调节装置之上，能够以最优的角度将太阳能转化为电能。
所述储能元件能够将光伏组件产生的电能存储起来，然后传输给大电网；所述逆变器能够将光伏组件产生的直流电转化为交流电，传输给大电网。
本发明的有益效果主要表现在：实现了风能和太阳能的协同开发，风能和太阳能实现优势互补，增强了风力发电对电网稳定性调节的能力；将光伏发电系统与风力发电系统结合，减少了开发者对土地的征用，提高了资源的利用率。
附图说明
图1为一种风光互补电网调频控制系统示意图。
图2为自适应光伏发电装置示意图。
图3为一种风光互补电网调频控制流程图。
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3，一种风光互补电网调频控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
a)通过变流器检测电网频率，判断电网频率是否超出死区值；
b)当电网频率超出死区值，光伏发电装置调节输出的有功功率进行电网调频。当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置调节有功功率，进一步进行电网调频。
所述步骤b)中，当电网频率超出死区时，光伏发电装置的功率控制指令为：
其中，Pinertia是惯量响应的功率指令值，J是结合电网需求提出的模拟惯量值，ω是电网电角速度。光伏发电装置的转动惯量J应满足以下条件：
其中，Pmax是光伏发电装置的最大输出功率，J是光伏发电装置的最大模拟转动惯量，ω是电网电角速度。
当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置的功率控制指令为：
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，m是风力发电装置的一次调频下垂系数，ω是电网电角速度，ωref是电网电角速度参考值。
风力发电装置的一次调频下垂系数应满足以下条件：
Δωmax＝max(ωmax-ωref,ωref-ωmin)
由于光伏发电装置和风力发电装置的变流器部分共用，那么当频率支撑时会出现超出变流器容量的限制。那么，当惯量响应支撑功率Pinertia和一次调频支撑功率Pdroop叠加超过变流器容量时，惯量响应支撑功率Pinertia调整如下：
Pf＝Pdroop＝Pmax-Pinertia
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，Pinertia是惯量响应的功率指令值，Pmax是自适应性发电装置的最大输出功率。
一种风光互补调频调频控制系统，所述系统包括：
变流器，用于检测电网的电网频率，并将频率值输出给风光互补电网调频控制系统；
风力发电装置，用于利用风能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
光伏发电装置，用于利用太阳能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
电网调频控制模块，用于根据变流器检测的电网频率，并进行电网频率死区判定，进一步调动光伏发电装置和风力发电装置进行电网频率调节。
所述变流器位于风力发电装置塔架最下层平台上，光伏发电装置和风力发电装置共用一个变流器。
所述风力发电装置包括风电机组，用于利用风能产生电能，并通过变流器传输给电网。
所述光伏发电装置包括角度控制系统、角度调节装置、角度测量装置、光伏组件、储能元件、逆变器，能够根据太阳的实时位置调整光伏组件的角度，使光伏组件以最佳角度接受太阳能，再将太阳能转化为电能，输送给大电网。
进一步，所述角度控制系统能够根据太阳的实时角度，控制角度调节装置实时调节光伏组件的角度，同时接受角度测量装置反馈的实际角度数据，让光伏组件以最佳的角度接受太阳能。
所述角度控制系统集成于风力发电机组塔基主控系统中。
所述光伏发电装置，其角度调节装置、角度测量装置、光伏组件均位于风力发电机组塔架外侧，无需另外征用土地，节约土地成本。
所述角度调节装置接受角度控制系统的信号实时调节光伏组件的角度。
所述角度测量装置能够准确测量光伏组件的实时角度，同时反馈给角度控制系统。
所述角度测量装置由倾角传感器组成，安装于角度调节装置上面。
所述光伏组件安装于角度调节装置之上，能够以最优的角度将太阳能转化为电能。
所述储能元件能够将光伏组件产生的电能存储起来，然后传输给大电网。
所述逆变器能够将光伏组件产生的直流电转化为交流电，传输给大电网。
本实施例的一种风光互补电网调频控制系统如图1所示。主要包括风力发电装置11、光伏发电装置13、电网调频控制模块12以及变流器14。所述电网调频控制模块根据变流器反馈的电网频率值，调节光伏发电装置和风力发电装置协同参与电网调频，以达到稳定电网的作用。
所述光伏发电装置如图2所示。主要包括角度调节装置21、光伏组件22、角度调节装置23，角度测量装置24。角度调节装置21和角度调节装置23协同调节光伏组件的角度，以使光伏组件以最优的角度接受太阳能，并产生电网。角度调节装置21使光伏发电装置按照的角速度进行旋转，当为负数时则反向转动。为光伏组件的实时角度，由角度调节装置23负责进行角度调节，当为负数时，角度调节装置进行方向调节
φ＝90°-cos(30×y)×23.5°-W (0.1)
式中W为光伏发电装置所在地区的维度值，y为月份值，φ表示维度为W，月份为y时的太阳入射角。
式中为光伏组件的实时角度值，T'为地球的自转周期。
所述一种风光互补电网调频控制流程如图3所示。当电网频率超出死区，光伏发电参与电网调频，其功率控制指令为当电网频率超出死区并持续时间大于T时，风力发电参与电网调频。当功率支撑超过容量，风力发电按照Pf＝Pdroop＝Pmax-Pinertia进行功率控制；当功率支撑在容量内，风力发电按进行功率控制。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修订，或者对其中部分技术特性进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修订、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种风光互补电网调频控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
a)通过变流器检测电网频率，判断电网频率是否超出死区值；
b)当电网频率超出死区值，光伏发电装置调节输出的有功功率进行电网调频；当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置调节有功功率，进一步进行电网调频。
2.如权利要求1所述的一种风光互补电网调频控制方法，其特征在于，所述步骤b)中，当电网频率超出死区时，光伏发电装置的功率控制指令为：
其中，Pinertia是惯量响应的功率指令值，J是结合电网需求提出的模拟惯量值，ω是电网电角速度；光伏发电装置的转动惯量J应满足以下条件：
其中，Pmax是光伏发电装置的最大输出功率，J是光伏发电装置的最大模拟转动惯量，ω是电网电角速度。
3.如权利要求1或2所述的一种风光互补电网调频控制方法，其特征在于，当电网频率超出死区时间大于T时，风力发电装置的功率控制指令为：
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，m是风力发电装置的一次调频下垂系数，ω是电网电角速度，ωref是电网电角速度参考值；
风力发电装置的一次调频下垂系数应满足以下条件：
Δωmax＝max(ωmax-ωref,ωref-ωmin)
由于光伏发电装置和风力发电装置的变流器部分共用，那么当频率支撑时会出现超出变流器容量的限制；那么当惯量响应支撑功率Pinertia和一次调频支撑功率Pdroop叠加超过变流器容量时，惯量响应支撑功率Pinertia调整如下：
Pf＝Pdroop＝Pmax-Pinertia
其中，Pdroop是风力发电装置的一次调频输出功率，Pinertia是惯量响应的功率指令值，Pmax是自适应性发电装置的最大输出功率。
4.一种如权利要求1所述的风光互补电网调频控制方法实现的系统，其特征在于，所述系统包括：
变流器，用于检测电网的电网频率，并将频率值输出给风光互补电网调频控制系统；
风力发电装置，用于利用风能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
光伏发电装置，用于利用太阳能产生电能，输送给电网，并参与电网调频；
电网调频控制模块，用于根据变流器检测的电网频率，并进行电网频率死区判定，进一步调动光伏发电装置和风力发电装置进行电网频率调节。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述变流器位于风力发电装置塔架最下层平台上，光伏发电装置和风力发电装置共用一个变流器。
6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述光伏发电装置包括角度控制系统、角度调节装置、角度测量装置、光伏组件、储能元件和逆变器，能够根据太阳的实时位置调整光伏组件的角度，使光伏组件以最佳角度接受太阳能，再将太阳能转化为电能，输送给大电网。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述角度控制系统能够根据太阳的实时角度，控制角度调节装置实时调节光伏组件的角度，同时接受角度测量装置反馈的实际角度数据，让光伏组件以最佳的角度接受太阳能；所述角度控制系统集成于风力发电机组塔基主控系统中。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述角度调节装置、角度测量装置、光伏组件均位于风力发电机组塔架外侧。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述角度调节装置接受角度控制系统的信号实时调节光伏组件的角度。所述角度测量装置能够准确测量光伏组件的实时角度，同时反馈给角度控制系统。所述角度测量装置由倾角传感器组成，安装于角度调节装置上面。所述光伏组件安装于角度调节装置之上，能够以最优的角度将太阳能转化为电能。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储能元件能够将光伏组件产生的电能存储起来，然后传输给大电网；所述逆变器能够将光伏组件产生的直流电转化为交流电，传输给大电网。
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