CN114285078B - 电网支撑型风力发电系统的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电网支撑型风力发电系统的控制方法、装置、设备及介质，涉及风力发电系统控制技术领域。一种用于电网支撑型风力发电系统的控制方法，所述风力发电系统包括风机主控单元、风力发电机、风机变流器以及风能捕获原动单元，所述风能捕获原动单元用于将风能转化为机械动能，所述风力发电机将机械动能转化电能，所述风机变流器为风力发电机与电网之间的接口，所述风机主控单元协调控制所述风力发电系统，所述控制方法包括：通过所述风机变流器无时延惯性响应、风机转动惯量控制及所述风能捕获原动单元协同控制对电网提供主动支撑，从而保障系统的安全稳定。本申请的技术方案充分利用了风机的转动惯量，同时兼顾了惯量控制与一次调频需求。
Description
技术领域
本申请涉及风力发电系统控制技术领域，特别涉及一种电网支撑型风力发电系统的控制方法、装置、设备及介质。
背景技术
人类对化石能源日益枯竭、能源安全问题及环境恶化的担忧与焦虑促进了清洁可再生能源使用需求的快速增长。我国提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。我国到2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25％左右，风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。风电是一种低碳清洁新能源，在双碳战略目标的引领和支持下及风电建设成本快速降低的情况下，风电并网装机容量迅速增长，风电行业成长性正迎来进一步强化。风力发电规模日益快速增长有利于优化我国能源结构、减少化石能源消耗及降低温室气体排放。随着我国能源结构调整战略的不断深入实施，风电装机容量及占比也会不断提高。
同步发电机具备惯性，出力稳定连续可控，网源协调能力较强，传统电网内基于同步机建立起的同步机制与调节机制共同维持着电力系统的安全稳定运行。以新能源为主体的新型电力系统的技术特性发生深刻变化。新能源经过变流器并网，无惯性，出力不稳定，风电机组出力受风况影响，且易发生震荡。在风力发电系统中，主要通过全功率变流器实现功率的最大跟踪控制。在这种控制方式下，发电机转速与系统频率形成解耦，风电机组的转速和有功出力只跟随风速变化，而不响应系统频率的变化，无法为系统提供惯性和频率支持，削弱了电网的频率静态稳定性。随着风电渗透率的不断提高，这种解耦效应将会导致系统惯性的不断降低，严重影响系统的频率静态稳定性。高比例并网下的新能源发电缺乏常规火电机组的惯性、调频、阻尼振荡等功能，导致系统惯量降低、系统调节能力下降，电压支撑能力下降系统安全稳定运行风险增大。亟需新能源发电提供主动支撑功能以保障电力系统的安全稳定。
风机在运行过程中，蕴含大量旋转动能，来源于由风轮机、轮毂、转轴以及发电机转子。其旋转动能中的“隐含惯量”对于整个电网的惯量几乎没有贡献，降低了电网的频率响应，在风电渗透率的不断提高时，这种影响会更加严重。
强制性国标《电力系统安全稳定导则》(GB 38755-2019)、推荐性国标《风电场接入电力系统规定》(GB/T 19963)都提出了对新能源的惯量响应和一次调频提出要求。《GB/T19963-2019风电场接入电力系统技术规定》征求意见稿中也增加了对惯量响应和一次调频的要求。其本质上都是要求风机短时调节出力，在新能源并网发电比重较高的地区，新能源厂站应提供必要惯量与短路容量支撑。风电需要具备调节有功出力支撑系统频率稳定的能力，机组检测到系统频率发生变化，应立即对当前有功功率指令进行修正。
风电机组一次调频问题的解决方法主要围绕提高电网频率与风电机组出力的耦合性展开，即为风机添加虚拟转动惯量控制环节可使风机提供短时调节出力。在频率变化时，通过风机转子动能的改变来模拟与同步机类似的惯性常数和暂态频率响应特性，吸收或释放转子动能转化为电磁功率，能以快速响应系统频率的暂态变化，减缓了扰动下系统频率的变化速率。但实际调节过程中，传统风机控制与一次调频控制切换的界限划分的不清晰，对一次调频投入后风机增加的负荷大多采用转子动能的变化率与电磁功率变化量的累计量平衡推到的通用计算公式，而没有充分考虑风机本体设备的安全性与稳定性对可调出力的影响，对一次调频过程中的电磁转矩与变桨系统的联合控制策越研究仍然较少。
此外，常规的风电变流器采用电流源型控制方式，控制有功功率和无功功率，主控计算当前电网频率，根据频率变化计算有功功率补偿值，修正有功功率控制目标后，将指令下发给变流器，变流器根据指令输出有功。但是这种方式做惯性响应存在频率计算滞后的问题，响应速度和准确度收到限制。因此需要采用构网型电压源控制方式，外部特性表现为电压源特性；典型代表是采用幅相控制(或称间接电流控制)或功率同步控制(包括虚拟同步电机控制等)的电压源换流器。构网型变流器在没有支撑电源的情况下，仍然可以正常运行。已有的相关研究内容对于变流器在电压源模型下的详细控制策略及变流器惯性响应与风机惯性支撑的协同控制方法不完善。
综上所述，面对电网频率波动后风电机组的短时出力调节问题，目前国内外对风力发电机组惯量控制与一次调频控制策略进行了相关研究，但还存在一些问题，还缺少有效的一次调频控制技术。制定出风机传统控制与惯性支撑中模式切换的完善原则，设计出一种电网支撑性风力发电系统切实可用的变流器惯性响应、风机惯性支撑及变桨系统统一协同的控制方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电网支撑型风力发电系统及其控制方法。使用风力发电机组惯量控制与一次调频控制策略，在电网频率波动时风机提供短时调节出力，用于解决传统风机缺少一次调频和惯量控制能力问题，增强风电机组的一次调频能力、提高电网的暂态稳定性，实现电网支撑型与电网友好型风机建设。
为了达成上述目的，本申请的解决方案是：
根据本申请的一方面，提供一种用于电网支撑型风力发电系统的控制方法，所述风力发电系统包括风机主控单元、风力发电机、风机变流器以及风能捕获原动单元，所述风能捕获原动单元用于将风能转化为机械动能，所述风力发电机将机械动能转化电能，所述风机变流器为风力发电机与电网之间的接口，所述风机主控单元协调控制所述风力发电系统，所述控制方法包括：通过所述风机变流器无时延惯性响应、风机转动惯量控制及所述风能捕获原动单元协同控制对电网提供主动支撑，从而保障系统的安全稳定。
根据一些实施例，所述风力发电系统还包括频率检测单元，用于检测电网的频率变化量并发送给所述风机变流器及所述风机主控单元，所述风机变流器和所述风机主控单元根据所述电网频率变化修正功率指令。
根据一些实施例，所述频率变化量大于频率死区区间时，所述风机主控单元控制所述风力发电系统进入一次调频状态。
根据一些实施例，所述风力发电系统进入一次调频状态，所述风机主控单元根据当前频率计算有功功率值，并发送功率调整指令至所述风机变流器。
根据一些实施例，所述风力发电系统进入一次调频状态，所述风机变流器进行无时延惯性响应，并按所述风机主控单元发送的所述功率调整指令调整输出功率。
根据一些实施例，所述风机变流器调整输出功率产生的能量来源于所述风力发电系统的转动惯量。
根据一些实施例，经过预设响应时间且所述电网频率变化仍大于所述频率死区区间时，所述风机主控单元启动所述风机转动惯量控制并结束最大风能追踪模式。
根据一些实施例，所述风机主控单元启动所述风机转动惯量控制并计算所述风机转动惯量控制的目标功率。
根据一些实施例，所述目标功率的计算包括：计算应调整功率变化量和可调整功率变化量；以所述应调整功率变化量和所述可调整功率变化量中的最小值作为目标功率变化量；计算所述最大风能追踪模式下的最大风能追踪功率与所述目标功率变化量的和以作为所述目标功率。
根据一些实施例，所述应调整功率变化量通过所述频率变化量和所述频率变化量的微分量计算得出。
根据一些实施例，所述可调整功率变化量的计算包括：根据所述风力发电系统建立离线仿真模型，并获取仿真模拟数据；根据所述仿真模拟数据，通过分段线性函数拟合计算所述可调整功率变化量。
根据一些实施例，所述风机转动惯量控制期间，所述风机变流器保持所述输出功率为所述目标功率不变；所述风能捕获原动单元控制风机叶轮转速处于安全范围内。
根据一些实施例，当所述频率变化量小于所述频率死区区间或所述风机叶轮转速超出安全范围时，所述风机主控单元结束所述风机转动惯量控制并切换至所述最大风能追踪模式；所述风力发电系统退出所述一次调频状态；所述风机主控单元发送转矩调节指令至所述风机变流器进行转矩调节。
根据一些实施例，所述转矩调节包括：获取退出所述一次调频状态时的实际电磁转矩及所述风机叶轮转速；在退出所述一次调频状态时的所述风机叶轮转速下，计算所述最大风能追踪模式的目标电磁转矩及所述最大风能追踪功率；根据所述实际电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值进行所述转矩调节。
根据本申请的一方面，提供一种风机转动惯量控制装置，包括：惯量控制启动模块，根据风机主控单元的指令启动风机转动惯量控制模式；计算模块，计算所述风机转动惯量控制模式期间的电功率和电磁转矩；惯量控制闭锁模块，用于禁用所述风机转动惯量控制模式；模式切换模块，用于将所述风机转动惯量控制模式切换至最大风能追踪模式。
根据本申请的一方面，提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前述的方法。
根据本申请的一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如前述的方法。
根据本申请实施例的技术方案，具有如下一种或多种有益效果：
在电网频率波动时，综合利用变流器惯性响应、风机转动惯量控制、变桨系统进行短时出力调节，当电网频率波动时，变流器采用电压源型控制方式，可以无延时的通过有功功率的变化进行频率支撑，同时具备一次调频的能力。
充分利用了风机的转动惯量，相当于是零成本的储能；兼顾惯量控制与一次调频需求，给出了详细的模式切换方法，以实现电网频率发生波动后不同调频方式间的平滑切换。
可提高电网的暂态稳定性，实现电网支撑型与电网友好型建设。对于风储量联合运行电站，还可降低储能容量配置，减少投资。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例。
图1示出本申请示例实施例的系统协同控制流程图。
图2示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制示意图。
图3示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制切换至最大风能追踪模式的示意图。
图4示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制装置的框图。
图5示出本申请示例实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请的保护范围。
下面结合附图对本申请的应用原理作详细的描述。
本申请提供一种电网支撑型风力发电系统及控制方法，一种电网支撑型风力发电系统包括风机主控单元、风力发电机、风机变流器以及风能捕获原动单元，其中，风机主控单元协调控制整个风力发电系统，风力发电机将机械动能转化电能，风机变流器为风力发电机与电网之间的接口，风能捕获原动单元用于将风能转化为机械动能。
电压源型风机变流器在电网频率发生变化时无延时的产生有功功率的变化量，定义为惯性响应状态，并将该状态上送风机主控单元；风机主控单元接收到状态变化以及功率变化后，调节风能捕获原动单元，控制风力发电机转速在安全范围内，即采用一种变流器无时延惯性响应、风机转动惯量控制及变桨系统协同控制的方法对电网提供主动支撑以保障系统的安全稳定。
本申请的实施例包括一个2MW永磁直驱风机的电网支撑型风力发电系统并进行相关参数的控制。
该风机的主要性能参数包括：
风力发电机组额定功率为2000kW，基本结构型式采用三叶片上风向，叶轮直径121.6m，轮毂高度为90m，切入风速2.5m/s，额定风速8.6m/s，切出风速22m/s。最佳叶尖速比为10，转矩系数为671083，风机变流器额定容量为2990kVA，相数3P+PE，机侧电压0-690VAC，机侧电流2500A，机侧频率0-50Hz，网侧电压690VAC，网侧电流2500A。
图1示出本申请示例实施例的系统协同控制流程图。
如图1所示，在系统初始化后频率检测单元用于检测电网频率，并发送给风机变流器和/或风机主控单元，风机变流器和/或风机主控单元根据频率变化修正功率指令。风力发电机为直驱式风力发电机或双馈式风力发电机，对应风机变流器为全功率风机变流器或双馈式风电变流器。电压源型风机变流器包括电网侧变流器和电机侧变流器，电机侧变流器以直流侧电压为控制目标，电网侧变流器按照控制输出电压幅值和相位，虚拟同步发电机并网。
当检测到电网频率波动越过频率死区区间△F后，风机变流器的等效内部反电势将保持不变，优先使用直流侧电容储存的能量进行惯性响应，此时可实现电功率瞬间超调，风机变流器注入电网的电流将因电网电压的变化而发生快速变化，天然地响应出一个功率，无延时地提供惯性响应。
可选地，风机变流器采集到电网频率后，通过CANopen协议将数据上送到风机主控单元的通讯模块。
风机变流器在惯性响应期间，实时地将其状态传输给风机主控单元，在经过预设响应时间△Tconv后，如电网频率仍处于频率死区区间外，则风机主控单元执行风机转动惯量控制，通过风机变流器直流侧电容电压不断进行吸收和释放来保障对系统随时的支撑，避免了风机叶轮、转子动能的频繁调整与使用，利于降低机组设备交变应力，延长设备使用年限。
可选地，频率死区区间△F可设置为0.03hz，△Tconv可设置为40ms。
风机转动惯量控制包括惯量控制的启动、惯量控制电功率与电磁转矩的计算、惯量控制的闭锁及惯量控制与最大风能追踪模式的切换。
首先检测电网频率变化量及电网频率变化量的微分量，同时对比实时测量的叶轮转速是否在安全区间。满足条件后计算功率变化量，进一步得到一次调频期间应给风机变流器下发的功率指令，待叶轮转速不在安全区间内时，退出一次调频。
在此期间，风机主控单元实时检测当前叶片桨距角，当电网频率降低导致风机惯量控制动作时，当前叶片桨距角大于最小允许桨距角，则风机主控单元通过位置控制模式或速度控制模式向变桨系统下发实时目标指令，控制叶片桨距角向着最小允许桨距角的方向调整。
退出一次调频状态后，系统进入最大风能追踪(MPPT)模式。
图2示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制示意图。
如图2所示，风机主控单元在转动惯量控制期间的控制策略如下：
风机主控单元的转动惯量控制策略在风机主控单元PLC内运行，运算周期一般设定为20ms。
风机主控单元PLC通过通讯模块与变流器连接，可选地，选择CANOpen协议进行通讯。
风机主控单元PLC实时采集风机变流器测量的电网频率，对频率量进行高通滤波处理，对频率的微分量进行低通滤波处理。
高通滤波器允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量，即允许频率的暂态分量通过；低通滤波器允许信号中的低频或直流分量通过，用于避免频率测量时干扰和噪声。
当频率变化量或频率变化量的微分量大约设定值(频率死区区间)时，且实测叶轮转速在安全区间范围时进行一次调频，即：
wdown≤wr≤wup
可选地，wdown＝0.5wn，wup＝0.95wn。
根据当前转速计算可调功率变化量限值：
△Psim＝f(wr)
根据当频率变化量和频率变化量的微分量计算应调功率变化量：
二者取小，得到实际功率变化量：
△Ps＝min(△Psim,△Pcalc)
其中，可调功率变化量限值为根据建立的仿真模型进行模拟计算得到。
传统风机控制模式下，风机主控单元首次向风机变流器下发目标转矩指令，机组执行转矩变桨联合控制；当风速逐渐升高时，风机主控单元依次经过最大风能捕捉区，恒转速区、恒功率区，分别以维持机组出力最大为控制目标，以维持电机转区恒定为控制目标，以维持机组出力在额定功率为控制目标。基于上述控制策略，可以得到风机最佳转矩与叶轮转速的曲线及风机电功率与叶轮转速的曲线。由于风机转子与轮毂存在旋转动能，存在转动惯量，在指定叶轮转速下，通过惯量控制，即释放或吸收旋转动能，可以使得发电功率存在一定的区间。
通过离线仿真的方法来确定在指定叶轮转速下的发电功率上限与发电功率上限。
根据建立的仿真模型进行模拟计算。离线模型应包括电磁模型、机械模型及气动模型，具体包括叶片模型、轮毂模型、机舱模型、传动模型、风机气动模型、电机与变流器模型。
根据标准计算风力发电机组的极限载荷与疲劳载荷。其中，疲劳载荷计算是基于三维湍流模型的模拟计算，气动载荷计算的基本原理采用了叶素—动量理论，同时包含Prandtl叶尖损失模型。
分析内容包括模型振动分析、雨流计数和疲劳分析、极端载荷分析等内容。极端载荷分析主要考虑叶根极限载荷、轮毂极限载荷、偏航轴承极限、塔筒极限载荷。根据对计算结果的后处理，可以分析风力机的共振情况，筛选极限载荷，通过雨流计数方法得出疲劳载荷谱等，保证机组设备安全
通过以上仿真过程确定出典型叶轮转速下的可调功率变化量上限及下限，以确保控制策略执行前进机组设备安全性。
可选地，以上典型转速可选为0.5wn、0.55wn、0.6wn、0.65wn、0.7wn、0.75wn、0.8wn、0.85wn、0.9wn、0.95wn。
拟合得到可调功率变化量上限及下限与转速的分段线性函数△Psim＝f(wr)，供后续步骤查表线性插值使用。
风机主控单元计算对应的电磁转矩下发给风机变流器，此后维持目标功率不变，实时计算对应的电磁转矩。
可选地，以上步骤中的仿真模型使用Bladed软件建立。
可选地，惯量支持下的转矩变桨的控制策略基于C++编写，并编译成动态链接库，供Bladed软件调用。
当通过转动惯量闭锁检测到转速跳出安全转速范围区间或电网频率波动恢复到频率死区区间范围内时，退出一次调频状态。
退出一次调频时，为避免目标转矩突变导致发电功率骤增/骤降，进而导致频率的二次波动污染问题，需要对目标转矩进行调节。
采用一阶惯性环节控制器进行目标转矩的调节。记录此时的实际电磁转矩及此时叶轮转速下的最大风能追踪(MPPT)模式的电磁转矩及功率：
TMPPT＝Koptwr 2
式中，Kopt为目标转矩计算系数，如下所示。
式中，ρ为空气密度；R为叶轮半径；Cp为风能利用系数；λopt为最佳叶尖速比,w为叶轮的角速度。
图3示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制切换至最大风能追踪模式的示意图。
如图3所示，以实际转矩与TMPPT的差值作为误差，计算目标转矩变化率ΔT，进行一阶惯性环节转矩调节。风机主控单元目标下发给风机变流器的电磁转矩按照一阶惯性环节进行惯性滞后，后通过限幅器防止转矩突变并输出目标功率Paim。
相较于在闭锁瞬间转矩突降的传统方法，本申请的技术方案可缓解频率二次跌落问题。
图4示出本申请示例实施例的风机转动惯量控制装置的框图。
如图4所示，风机转动惯量控制装置包括惯量控制启动模块101、计算模块103、惯量控制闭锁模块105和模式切换模块107。
惯量控制启动模块101，用于根据风机主控单元的指令启动风机转动惯量控制模式。
根据一些实施例，启动风机转动惯量控制模式时最大风能追踪模式终止。
计算模块103，用于计算所述风机转动惯量控制模式期间的电功率和电磁转矩。
惯量控制闭锁模块105，用于在检测到叶轮转速跳出安全转速范围区间或电网频率波动恢复到频率死区区间范围内时，禁用风机转动惯量控制模式，退出一次调频状态。
模式切换模块107，用于在风机转动惯量控制模式结束后，将风力发电系统切换至最大风能追踪模式。
图5示出根据本申请示例实施例的电子设备的框图。
如图5所示，电子设备600仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书描述的根据本申请各种示例性实施方式的方法。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的方法。
存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。
存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。根据本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端或者网络设备等)执行根据本申请实施例的方法。
软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该计算机可读介质实现前述功能。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
根据本申请的一些实施例，本申请的技术方案在电网频率波动时，可综合利用变流器惯性响应、风机转动惯量控制、变桨系统进行短时出力调节无延时的通过有功功率的变化进行频率支撑，同时具备一次调频的能力。
以上显示和描述了本申请的基本原理和主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。本申请要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于电网支撑型风力发电系统的控制方法，使用风力发电机组惯量控制与一次调频控制策略，在电网频率波动时风机提供短时调节出力，以提高电网的暂态稳定性；所述风力发电系统包括风机主控单元、风力发电机、风机变流器以及风能捕获原动单元，所述风机变流器包括频率检测单元，所述频率检测单元用于检测电网的频率变化量并发送给所述风机变流器及所述风机主控单元，所述风机变流器和所述风机主控单元根据所述频率变化量修正功率指令，所述风机主控单元协调控制所述风力发电系统，其特征在于，所述控制方法包括：
通过所述风机变流器无时延惯性响应、风机转动惯量控制及所述风能捕获原动单元协同控制对电网提供主动支撑，从而保障系统的安全稳定，其中包括：
所述频率检测单元实时检测所述频率变化量；
在所述频率变化量大于频率死区区间且风机叶轮转速处于安全范围时，所述风机主控单元控制所述风力发电系统进入一次调频状态；
所述风机变流器进行无时延惯性响应；
所述风机主控单元根据所述无时延惯性响应的效果启动转动惯量控制模式并计算风机转动惯量控制模式的目标功率，所述风机转动惯量控制模式中，所述风能捕获原动单元控制所述风机叶轮转速处于安全范围内，其中，所述目标功率的计算包括：计算应调整功率变化量和可调整功率变化量；以所述应调整功率变化量和所述可调整功率变化量中的最小值作为目标功率变化量；计算最大风能追踪模式下的最大风能追踪功率与所述目标功率变化量的和以作为所述目标功率；所述可调整功率变化量采用离线仿真模型进行仿真计算获得，所述离线仿真模型包括：电磁模型、机械模型及气动模型，具体包括叶片模型、轮毂模型、机舱模型、传动模型、风机气动模型、电机与变流器模型；
当所述频率变化量小于所述频率死区区间或所述风机叶轮转速超出安全范围时，所述风机主控单元结束所述风机转动惯量控制模式并切换至最大风能追踪模式；
所述风力发电系统退出所述一次调频状态时，所述风机主控单元发送转矩调节指令至所述风机变流器，进行一阶惯性环节转矩调节，以缓解频率二次跌落问题。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风力发电机为直驱式风力发电机或双馈式风力发电机，对应所述风机变流器为全功率风机变流器或双馈式风机变流器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机变流器为电压源型风机变流器，包括：
电机侧变流器，以直流侧电压为控制目标；
电网侧变流器，按照控制输出电压幅值和相位，虚拟同步发电机并网。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风能捕获原动单元包括风轮叶片、传动系统、变桨系统与偏航系统。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风力发电系统进入一次调频状态，包括：
所述风机主控单元根据当前频率计算有功功率值，并发送功率调整指令至所述风机变流器；
所述风机变流器按所述功率调整指令调整输出功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述风机变流器调整输出功率产生的能量来源于所述风力发电系统的转动惯量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机主控单元根据所述无时延惯性响应的效果启动转动惯量控制模式，包括：
经过预设响应时间且所述频率变化量仍大于所述频率死区区间时，所述风机主控单元启动所述风机转动惯量控制模式并结束所述最大风能追踪模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应调整功率变化量通过所述频率变化量和所述频率变化量的微分量计算得出。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一阶惯性环节转矩调节包括：
获取退出所述一次调频状态时的实际电磁转矩及所述风机叶轮转速；
在退出所述一次调频状态时的所述风机叶轮转速下，计算所述最大风能追踪模式的目标电磁转矩及最大风能追踪功率；
根据所述实际电磁转矩与所述目标电磁转矩的差值进行所述一阶惯性环节转矩调节。
10.一种风机转动惯量控制装置，用于实现如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
惯量控制启动模块，根据风机主控单元的指令启动风机转动惯量控制模式；
计算模块，计算所述风机转动惯量控制模式期间的电功率和电磁转矩；
惯量控制闭锁模块，用于禁用所述风机转动惯量控制模式；
模式切换模块，用于将所述风机转动惯量控制模式切换至最大风能追踪模式。
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