CN112865168A - 一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，采用虚拟惯性控制方式，计算风电机组有功功率变化量
Figure DDA0002292022490000011
将有功功率变化量ΔP1叠加到风电机组有功功率参考值Pref中，得到虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值
Figure DDA0002292022490000012
根据风电机组输出的实际有功功率Pact，计算虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值P1与实际功率Pact的功率偏差，即ΔP＝P1‑Pact；以功率偏差ΔP为输入，主控程序计算得出有功功率给定值Pset，根据有功功率给定值Pset完成风电机组的一次调频。本发明提供的方法无需预留机组有功功率，提升风电机组以及风电场在调频过程中的发电效益，不会频繁调节桨距角达到调频目的，减少机械损耗同时增加了对机组转速的监控及保护逻辑。

Description

一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法
技术领域
本发明涉及风电机组一次调频技术领域，具体涉及一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法。
背景技术
随着大规模风电集中并网，提高电网稳定性的要求也日益突出。如今，风电场参与电网频率调节的课题已被广泛关注，风电场主动参与电网频率调节也是电网友好型风电场的重要特征之一。现有的风电机组一次调频方法为：同步发电机组相协调的风电机组一次调频方法(专利公开号：CN106786759A)，核心技术为：通过在不同的风速段对风电机组的调频参数进行整定，协调风电机组与同步发电机组之间的调频出力。例如在额定风速以下，采用最大功率跟踪模式，通过调整风电机组的功率来进行频率调节，在额定风速以上采用恒功率控制模式，通过调整风机桨距角来进行频率调节。该发明采用调节有功功率以及桨距角的手段达到一次调频目的，但调节有功功率会影响风电机组乃至风电场的发电效益，缺乏经济性。通过长时间频繁调节桨距角实现调频目的会增加机组机械损耗，长久来看也不具备经济性。此外，该发明也未提及针对转速的保护机制，避免出现转速超限等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于虚拟惯性控制的风电机组一次调频方法，在频率突变时，变速风力发电机组的惯性控制需要快速调节发电功率重新建立功率平衡。变速风力发电机组的惯性控制需要快速调节电磁功率，控制机组释放或储存旋转动能，实现对系统的惯性支持。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明的一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，包括如下步骤：
采用虚拟惯性控制方式，计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure BDA0002292022470000011
将有功功率变化量ΔP1叠加到风电机组有功功率参考值Pref中，得到虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值
Figure BDA0002292022470000012
根据风电机组输出的实际有功功率Pact，计算所述虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值P1与实际功率Pact的功率偏差，即ΔP＝P1-Pact；
以所述功率偏差ΔP为输入，主控程序计算得出有功功率给定值Pset，根据所述有功功率给定值Pset完成风电机组的一次调频。
进一步的，在采用虚拟惯性控制方式，计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure BDA0002292022470000021
之前，实时采集风电机组频率f，判断频率波动是否超过设定阈值，如果是，采用虚拟惯性控制方式计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure BDA0002292022470000022
如果不是，则继续判断频率波动是否超过设定阈值。
进一步的，在对风电机组进行一次调频的过程中，获得所述功率偏差ΔP后，计算风电机组的目标转矩Tdem，判断所述目标转矩Tdem是否持续作用到风电机组超过5s，若是，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行，若否，则继续计算风电机组的目标转矩Tdem。
进一步的，所述计算风电机组的目标转矩Tdem具体包括：
a根据风电机组实际转速ωr，通过风电机组转速-转矩曲线利用线性插值方式计算得出当前风电机组的最优转矩Topt；
b计算风电机组的附加转矩ΔT，ΔT＝Δp/wr；
c计算风电机组的目标转矩TdemTdem＝Topt+ΔT。
进一步的，在对风电机组进行一次调频的过程中，所述步骤a过后，对风电机组的实际转速ωr进行监控，判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate在转速设定阈值范围内，则继续判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate未在设定阈值范围内，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行。
本发明有益效果为：目前现有的风电机组一次调频方法存在诸多问题，如：采用有功备用容量方式调频导致风电机组/风电场发电效益降低，采用桨距角控制会增加风电机组机械损耗，影响机组使用寿命，缺乏转速监控保护机制容易造成转速波动甚至机组脱网。为了解决这些问题，本发明提出一种基于虚拟惯性控制的风电机组一次调频方法。本发明提供的方法无需预留风电机组有功功率，提升风电机组以及风电场在调频过程中的发电效益，不会频繁调节桨距角达到调频目的，减少机械损耗，延长机组使用寿命，同时增加了对机组转速的监控及保护逻辑，确保机组转速不出现较大波动，并且调频过程中确保机组不脱网运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的逻辑控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，图2所示，图1为本发明的流程图，图2为本发明的逻辑控制框图；一种基于虚拟惯性控制的风电场一次调频方法，它的操作步骤如下：
1、实时采集风电机组频率f，设定可调参数的风电机组一次调频频率阈值fdead_area，判断频率波动是否超过设定的频率阈值，如果是，即|Δf|＞fdead_area时，则执行步骤2，如果不是，则继续判断频率波动是否超过设定阈值；
2、采用虚拟惯性控制方式，计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure BDA0002292022470000031
其中，ΔP1为由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量，K1为调频系数，
Figure BDA0002292022470000032
为频率变化率。
3、将有功功率变化量ΔP1叠加到主控程序在正常运行状态下计算得出的风电机组有功功率参考值Pref中，得到虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值，
Figure BDA0002292022470000033
4、根据实时采集的风电机组输出的实际有功功率Pact，计算上述虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值P1与实际功率Pact的功率偏差，即ΔP＝P1-Pact；
5、以上述功率偏差ΔP为输入，通过PI控制逻辑计算出风电机组的有功功率给定值Pset，根据有功功率给定值Pset完成风电机组的一次调频。
作为优先实施例，由于主控逻辑中有功功率的给定是通过目标转矩作用在机组上，因此，在对风电机组进行一次调频的过程中，获得上述功率偏差ΔP后，需计算风电机组的目标转矩Tdem，并判断目标转矩Tdem是否持续作用到风电机组超过5s，若是，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行，若否，则继续计算风电机组的目标转矩Tdem；
上述计算风电机组的目标转矩Tdem具体包括：
a根据风电机组实际转速ωr，通过风电机组转速-转矩曲线利用线性插值方式计算得出当前风电机组的最优转矩Topt；
b计算风电机组的附加转矩ΔT，ΔT＝Δp/wr；
c计算风电机组的目标转矩TdemTdem＝Topt+ΔT。
作为优选实施例，在对风电机组进行一次调频的过程中，上述步骤a过后，对风电机组的实际转速ωr进行监控，判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate在转速设定阈值范围内，则继续判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate未在设定阈值范围内，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用虚拟惯性控制方式，计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure FDA0002292022460000011
将有功功率变化量ΔP1叠加到风电机组有功功率参考值Pref中，得到虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值
Figure FDA0002292022460000012
根据风电机组输出的实际有功功率Pact，计算所述虚拟惯性控制后的风电机组有功功率参考值P1与实际功率Pact的功率偏差，即ΔP＝P1-Pact；
以所述功率偏差ΔP为输入，主控程序计算得出有功功率给定值Pset，根据所述有功功率给定值Pset完成风电机组的一次调频。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，其特征在于：
在采用虚拟惯性控制方式，计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure FDA0002292022460000013
之前，实时采集风电机组频率f，判断频率波动是否超过设定阈值，如果是，采用虚拟惯性控制方式计算由于频率变化导致的风电机组有功功率变化量
Figure FDA0002292022460000014
如果不是，则继续判断频率波动是否超过设定阈值。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，其特征在于：
在对风电机组进行一次调频的过程中，获得所述功率偏差ΔP后，计算风电机组的目标转矩Tdem，判断所述目标转矩Tdem是否持续作用到风电机组超过5s，若是，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行，若否，则继续计算风电机组的目标转矩Tdem。
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，其特征在于：所述计算风电机组的目标转矩Tdem具体包括：
a根据风电机组实际转速ωr，通过风电机组转速-转矩曲线利用线性插值方式计算得出当前风电机组的最优转矩Topt；
b计算风电机组的附加转矩ΔT，ΔT＝Δp/wr；
c计算风电机组的目标转矩Tdem，Tdem＝Topt+ΔT。
5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟惯性智能控制的风电机组一次调频方法，其特征在于：
在对风电机组进行一次调频的过程中，所述步骤a过后，对风电机组的实际转速ωr进行监控，判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate在转速设定阈值范围内，则继续判断风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate是否在设定阈值范围内，如果风电机组的实际转速ωr及转速变化速率ωr_rate未在设定阈值范围内，则退出风电机组的一次调频过程，风电机组根据自身转速-转矩曲线恢复正常运行。
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