CN112994048B - 考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置，包括：响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，对双馈风机进行调频控制；响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断转速信息是否在预设的阈值范围内；若转速信息不在预设的阈值范围内，停止对双馈风机进行调频控制。本申请在改善系统频率响应的同时有效改善风机并网处的节点电压，兼顾了节点电压稳定和频率稳定两个方面，且在不同的电网故障时均能发挥较好的控制效果。

Description

考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置。
背景技术
随着新能源的快速发展，风电渗透水平不断提高，变速恒频双馈风力发电机组（DFIG）因为其自身的优越性而被广泛应用于风力发电中。但DFIG采用的是最大功率点跟踪（MPPT）控制，且转子与电网之间采用变流器相连，故其转速和电网频率之间不再耦合，这使得DFIG无法响应电网的频率变化，对电网的惯量完全被隐藏，如果大规模DFIG接入电网，势必会替代相同容量的同步机组，造成电力系统的惯量降低，当电网出现故障扰动时，系统的频率稳定性将受到严重威胁。
近年来，国内外学者与专家针对DFIG参与系统的频率调节做了广泛而深入的研究，目前主要集中在风电机组的惯性控制与下垂控制以及减载控制上。通过在转子的有功控制环节加入比例微分控制器，比例环节实现下垂控制，微分环节实现惯量的模拟，产生的附加频率值叠加在MPPT控制之上，完成风机的一次调频，是这种控制方法只考虑了故障期间频率的动态变化，没有考虑节点电压对频率的交互影响。减载控制是通过让DFIG超速运行或变桨运行，将运行点调整为稍大于额定转速的次优运行点，使其在正常运行时可留有一定的功率备用，当系统频率发生波动时可为电网提供有功支撑，但风电机组长期减载运行，会导致经济性较差。
基于上述描述，亟需一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置。
发明内容
本发明提供一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。
第一方面，本发明提供一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法，包括：响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值；响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
第二方面，本发明提供一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制装置，包括：第一判断模块，配置为响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；调频模块，配置为若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值；第二判断模块，配置为响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；转换模块，配置为若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法的步骤。
本申请的考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法，采用向DFIG的转子侧控制环中引入风电并网处电压偏差的标幺值，使其作为控制环的一个输入信号，用于参与改善风机的频率响应，而风电的频率响应又会影响并网处的节点电压的变化，因此该控制策略可以使频率变化与节点电压的变化交互影响，在改善系统频率响应的同时有效改善风机并网处的节点电压，兼顾了节点电压稳定和频率稳定两个方面，且在不同的电网故障时均能发挥较好的控制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法的流程图；
图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的改进的IEEE三机九节点系统的示意图；
图4为本发明一实施例提供一个具体实施例的双馈风机一次调频控制方法测试结果的曲线图；
图5为本发明一实施例提供的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制装置的框图；
图6是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
请参阅图1，其示出了本申请的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法的流程图。
如图1所示，考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法包括以下步骤：
S101，响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值。
在本实施例中，在DFIG的转子侧控制器中，引入电网频率信号和风机并网处的电压信号作为控制环的输入，然后在DFIG中设置频率检测模块，当检测到电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到设定启动阈值时，即
Figure 83873DEST_PATH_IMAGE001
，式中，
Figure 698526DEST_PATH_IMAGE002
为系统频率，
Figure 605302DEST_PATH_IMAGE003
为电力系统的频率偏差，
Figure 494760DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 436171DEST_PATH_IMAGE005
分别为电力系统的频率偏差和电力系统的变化率的启动阈值，
Figure 284042DEST_PATH_IMAGE006
为电力系统的频率变化率。
S102，若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值。
在本实施例中，调节DFIG中有功输出模块的可控开关，使DFIG由原先的MPPT控制转变为基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差的调频控制，其输出的有功输出参考值为扰动事故前的稳态值基础上增加一个与电压偏差和频率偏差相关的值，且随之变化，即
Figure 678114DEST_PATH_IMAGE007
；
式中，
Figure 371264DEST_PATH_IMAGE008
为实时补偿功率，即电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值，
Figure 901602DEST_PATH_IMAGE009
为电力系统发生扰动事故前的双馈风机的有功输出参考值，
Figure 858057DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 736495DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 233336DEST_PATH_IMAGE012
均为比例系数，
Figure 883760DEST_PATH_IMAGE013
为并网处的节点电压偏差，
Figure 542274DEST_PATH_IMAGE014
为电力系统的频率偏差，
Figure 910939DEST_PATH_IMAGE006
为电力系统的频率变化率。S103，响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内。
其中，并网处的节点电压偏差是通过实时检测故障前与故障后的电压差得到，电力系统的频率偏差是通过实时检测故障后的频率，再与稳态频率（50Hz）比较得到。
在本实施例中，实时获取双馈风机的转速信息，当转速在0.7p.u~1.2p.u范围内时，可以正常参与频率调节，当转速跌出或超过此范围，双馈风机退出调频，转至MPPT控制。
S104，若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
综上描述，本实施例的方法，当系统发生频率故障导致频率和节点电压变化超出死区时，DFIG在转子正常运行范围内根据频率偏差、频率变化率和并网点电压的变化改变有功输出。该发明所提的控制策略可以在不同的频率响应中均能有效改善频率响应和并网点电压状况。
在一个具体的实施例中，基于图3所示的改进的IEEE三机九节点系统，对本申请提出的控制策略进行了测试，比较了本发明所提的控制策略、传统惯性控制+下垂控制以及不采用附加控制的实验结果，其中，在本测试中，系统内机组不参与二次调频。
该系统中，G1和G2为两个同步发电机组，额定容量均为100MVA，DFIGs由B3节点接入系统，风电场由32台额定功率为1.5MW的双馈风机组成，可等值为一台额定容量为48MW的双馈风电机组，风电渗透率为19.4%。L1、L2和L3分别为116.15MW，30MW和100MW的负荷，在仿真运行时间t=5s时使L1突然增大60MW来模拟系统的有功缺额，其运行结果如图4所示。
由测试结果可以得出，在此次系统故障中，本发明所提的控制策略可以使DFIG输出更多的有功功率，减小频率和电压波动，改善频率和电压的跌落最低点和最大变化率。
综上描述，本申请的方案具有以下技术效果：
1）在DFIG参与系统一次调频的过程中，在传统惯性控制和下垂控制的基础上将风机并网点的电压偏差信号作为产生附加功率的输入之一，用于参与改善风机的频率响应。
2）频率变化与节点电压的变化交互影响，在改善系统频率响应的同时有效改善风机并网处的节点电压，兼顾了节点电压稳定和频率稳定两个方面。
请参考图5，其示出了本发明一实施例提供的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制装置的框图的框图。
如图5所示，双馈风机一次调频控制装置200，包括第一判断模块210、调频模块220、第二判断模块230以及转换模块240。
其中，第一判断模块210，配置为响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；调频模块220，配置为若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值；第二判断模块230，配置为响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；转换模块240，配置为若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
应当理解，图5中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图5中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的双馈风机一次调频控制方法；
作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；
若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值；
响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；
若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据双馈风机一次调频控制装置的使用所创建的数据等。此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至双馈风机一次调频控制装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项双馈风机一次调频控制方法。
图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括：一个或多个处理器310以及存储器320，图6中以一个处理器310为例。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。存储器320为上述的非易失性计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例双馈风机一次调频控制方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与双馈风机一次调频控制装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于双馈风机一次调频控制装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；
若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值；
响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；
若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法，其特征在于，包括：
响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；
若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值，所述实时补偿功率的表达式为：
PT＝PMPPT+K1(df/dt)+K2Δf+K3ΔVDFIG；
式中，PT为实时补偿功率，即电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值，PMPPT为电力系统发生扰动事故前的双馈风机的有功输出参考值，K1、K2、K3均为比例系数，ΔVDFIG为并网处的节点电压偏差，Δf为电力系统的频率偏差，df/dt为电力系统的频率变化率；
响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；
若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
2.根据权利要求1所述的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法，其特征在于，所述电力系统的频率变化率的表达式为：
Figure FDA0003154741330000011
式中，
Figure FDA0003154741330000012
为电力系统的频率变化率，f为系统频率，t为时间。
3.根据权利要求1所述的一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制方法，其特征在于，所述预设的阈值范围为0.7p.u～1.2p.u。
4.一种考虑频率电压交互的双馈风机一次调频控制装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，配置为响应于获取的电网的频率信号和并网处的电压信号，基于设置在双馈风机中的频率检测模型实时判断电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率是否达到相应预设的启动阈值；
调频模块，配置为若电力系统的频率偏差或电力系统的频率变化率达到相应预设的启动阈值，基于所述频率偏差、所述频率变化率以及并网处的节点电压偏差，对双馈风机进行调频控制，使双馈风机的有功输出参考值由MPPT控制输出的功率转变为调频控制输出的实时补偿功率，其中，所述实时补偿功率为电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值，所述实时补偿功率的表达式为：
PT＝PMPPT+K1(df/dt)+K2Δf+K3ΔVDFIG；
式中，PT为实时补偿功率，即电力系统发生扰动事故后的双馈风机的有功输出参考值，PMPPT为电力系统发生扰动事故前的双馈风机的有功输出参考值，K1、K2、K3均为比例系数，ΔVDFIG为并网处的节点电压偏差，Δf为电力系统的频率偏差，df/dt为电力系统的频率变化率；
第二判断模块，配置为响应于实时获取双馈风机的转速信息，判断所述转速信息是否在预设的阈值范围内；
转换模块，配置为若所述转速信息不在预设的阈值范围内，将双馈风机的有功输出参考值由所述实时补偿功率转变为所述MPPT控制时的功率。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至3任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至3任一项所述的方法。
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