CN115189396A - 基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，考虑超速减载和变桨减载功率响应的时间尺度，按照减载方式的不同，将风电场内参与调频的机组分为两个序列；由量测单元测量风电场并网点频率，计算并下发调频功率指令信息至协控单元；协控单元根据调频功率指令信息，确定指令执行模式，按照该模式下的策略完成两个序列机组的功率指令分配；协控单元将策略分配的结果下发给执行单元，各机组按照分配指令进行功率响应。本发明可以有效提高风电场的快速调频响应能力，对提升系统频率稳定性具有重要意义。

Description

基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略

技术领域

本发明属于新能源并网运行与控制技术领域，具体涉及一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略。

背景技术

随着新能源装机容量和渗透率的不断提高，同步机组的占比逐渐降低，电网的运行稳定性问题逐渐突出。为有效提高电网运行稳定性，以风、光、储为代表的新能源机组参与电网频率调节成为迫切需求。风电作为我国装机容量最大的新能源，有必要研究其参与系统频率调节的策略。

风电机组的输出具有随机性，受环境因素影响，功率输出波动较大，一般采用最大功率跟踪控制进行功率输出。但最大功率控制方式下，其缺乏向上的调节能力。大量的学者和地方电网已经陆续开展了风电机组参与调频的相关研究和试验，针对风电调频涉及到的频率二次跌落，预留运行经济性等问题开展了大量的研究。其中，通过预留功率的方式或配合储能建设的方式是被认可的可行性方式。风电预留功率的方式有超速减载和变桨减载两种方式，超速减载的响应速度相对快，变桨减载相对较慢，且变桨属于机械调节，频繁的变桨操作会加大机械的磨损。合理的利用各自的优势，成为当下研究的热点。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，提高风电场的调频响应速度。

本发明采用如下的技术方案。

一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，包括以下步骤：

(1)按照减载方式的不同，将风电场内参与调频的机组分为两个序列；

(2)由量测单元测量风电场并网点频率，计算并下发调频功率指令信息至协控单元；

(3)协控单元根据调频功率指令信息，确定指令执行模式，按照该模式下的策略完成两个序列机组的功率指令分配；

(4)协控单元将策略分配的结果下发给执行单元，各机组按照分配指令进行功率响应。

进一步地，步骤(1)中，对于处于最大功率追踪区的机组采用超速减载的方式预留备用功率，对于处于恒转速区或恒功率区的机组采用变桨减载的方式预留备用功率。

进一步地，步骤(2)中，量测单元的测量点位于风电场的并网点高压侧，采集并网点电压信号，计算并网点电压频率的变化率和偏差值；

扰动发生后，若频率变化率超过预设死区，或频率偏差值超过预设死区，量测单元计算风电场的调频功率指令：

其中，H为惯性时间常数，K_d为一次调频下垂系数，f₁为并网点当前频率，f_n为设定的额定频率。

进一步地，量测单元下发给协控单元的调频功率指令信息数据格式为[S1,S2,S3]；其中，S1表示惯量位，S2表示下垂控制标识位，S3表示目标功率指令；若频率变化率越过死区，则S1置位为1；若频率偏差值越过死区，则S2置位为1。

进一步地，步骤(3)包括具体步骤：

(3.1)协控单元根据调频功率指令信息判断执行模式；

(3.2)执行该模式下的分配策略，完成两个序列机组的功率指令分配。

进一步地，步骤(3.1)中，判断方式如下：

1)若S1＝1且S2＝0，则为惯量支撑模式；

2)若S2＝1，包括S1＝1且S2＝1，S1＝0且S2＝1，则为一次调频模式。

进一步地，步骤(3.2)中，惯量支撑模式下，只有超速减载机组执行功率响应，执行如下：

其中，

为超速减载队列所有机组可调功率之和，P_ref为测量单元计算的目标指令值。

进一步地，步骤(3.2)中，一次调频模式下，超速减载队列优先，若超速减载队列可调容量大于或等于功率目标指令，则超速减载队列按目标指令执行，变桨减载队列机组不响应；若超速减载队列的可调容量小于指令功率，则超速减载队列机组发出所有备用功率，目标功率指令与超速减载队列可调容量之和的差值为变桨减载队列的功率指令值。

进一步地，变桨减载队列执行如下：

其中，

为变桨减载队列所有机组的可调节功率和。

一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化系统，包括量测单元、协控单元和执行单元；用于实现所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明考虑超速减载和变桨减载功率响应的时间尺度，针对惯性响应的快速性需求，一次调频的可持续性调节需求，提出了多模式快速调频策略。本发明按照减载方式的不同，将风电场内的所有机组分为两个序列，可以有效提高风电场的快速调频响应能力，对提升系统频率稳定性具有重要意义。

附图说明

图1为本发明基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略流程图；

图2为本发明风电场参与调频的二次回路图；

图3为本发明基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本发明所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，考虑超速减载和变桨减载功率响应的时间尺度，针对惯性响应的快速性需求，一次调频的可持续性调节需求，提出多模式快速调频优化策略，包括如下步骤：

(1)按照减载方式的不同，将风电场内参与调频的机组分为两个序列；

调频机组根据运行工况的不同，分别采用超速减载和变桨减载两种方式预留备用功率，参与系统调频。

获取调频机组的状态信息，确定其减载方式。对于处于最大功率追踪区的机组采用超速减载的方式预留备用功率，对于处于恒转速区或恒功率区的机组采用变桨减载的方式预留备用功率。根据减载方式的不同，将所有参与调频的机组分为超速减载序列和变桨减载序列。

(2)由量测单元测量风电场并网点频率，计算并下发调频功率指令信息至协控单元；

量测单元负责测量并网点频率偏差值、频率变化率，并通过设置的惯性时间常数、一次调频下垂系数、调频死区等参数计算风电场的调频功率指令。

量测单元的测量点位于风电场的并网点高压侧，通过PT采集并网点的电压信号，通过数据处理计算并网点电压频率的变化率和偏差值。扰动发生后，若频率变化率超过预设死区，或频率偏差值超过预设死区，量测单元按照预先设定的参数计算风电场的调频功率指令：

其中，H为惯性时间常数，K_d为一次调频下垂系数，f₁为并网点当前频率，f_n为设定的额定频率。

量测单元在计算调频功率指令的同时，也会相应记录该调频指令的来源，即该调频功率指令是由频率变化率计算而来，还是由频率偏差值计算而来，或两者共同计算而来，目的是为了给协控单元提供一定的信息。量测单元下发给协控单元的指令信息数据格式为[S1,S2,S3]，其中，S1表示惯量位，S2表示下垂控制标识位，S3表示目标功率指令。若频率变化率越过死区，则S1置位为1；若频率偏差值越过死区，则S2置位为1。

(3)协控单元根据调频功率指令信息，确定指令执行模式，按照该模式下的既定策略完成两个序列机组的功率指令分配。

协控单元负责将风电场调频功率指令按照制定的策略分解成风电场内各机组的功率指令，包括如下步骤：

(3.1)根据指令信息判断执行模式；

协控单元根据量测单元下发的指令信息，判断当前干扰属于哪一种模式，判断方式如下：

1)若S1＝1且S2＝0，则为惯量支撑模式；

2)若S2＝1，包括S1＝1且S2＝1，S1＝0且S2＝1，则为一次调频模式。

(3.2)执行该模式下的分配策略；

既定策略包括惯量支撑模式下的分配策略和一次调频模式下的分配策略。考虑到超速减载队列响应速度快，变桨减载响应速度慢，两种模式下的分配策略不同。

惯量支撑模式下，只有超速减载机组执行功率响应，快速提供有效的功率支撑。若超速减载队列的可调容量大于指令功率，则超速减载队列各机组按照其可调容量与该队列总可调容量的比例进行功率分配。若超速减载队列的可调容量小于或等于指令功率，则超速减载队列机组发出所有备用功率。执行如下：

其中，

为超速减载队列所有机组可调功率之和，P_ref为测量单元计算的目标指令值。

一次调频模式下，超速减载队列优先，若超速减载队列可调容量大于或等于功率目标指令，则超速减载队列按目标指令执行，变桨减载队列机组不响应；若超速减载队列的可调容量小于指令功率，则超速减载队列机组发出所有备用功率，目标功率指令与超速减载队列可调容量之和的差值为变桨减载队列的功率指令值。超速减载队列执行方式同上述执行方式，变桨减载队列执行如下：

其中，

为变桨减载队列所有机组的可调节功率和。

(4)协控单元将策略分配的结果下发给各机组换流器，各机组按照分配指令进行功率响应，由换流器按照各自的指令值输出相应的功率。其二次回路如图3所示，各机组换流器由n个逆变器组成。

如图2所示，本发明还提供一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化系统，包括量测单元、协控单元和执行单元。

按照减载方式的不同，将风电场内参与调频的机组分为两个序列；由量测单元测量风电场并网点频率，计算并下发调频功率指令信息至协控单元。协控单元根据调频功率指令信息，确定指令执行模式，按照该模式下的既定策略完成两个序列机组的功率指令分配；并下发给执行单元，即，各机组换流器。各机组按照分配指令进行功率响应，由换流器按照各自的指令值输出相应的功率。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明考虑超速减载和变桨减载功率响应的时间尺度，针对惯性响应的快速性需求，一次调频的可持续性调节需求，提出了多模式快速调频策略。本发明按照减载方式的不同，将风电场内的所有机组分为两个序列，可以有效提高风电场的快速调频响应能力，对提升系统频率稳定性具有重要意义。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照减载方式的不同，将风电场内参与调频的机组分为两个序列；

(2)由量测单元测量风电场并网点频率，计算并下发调频功率指令信息至协控单元；

(3)协控单元根据调频功率指令信息，确定指令执行模式，按照该模式下的策略完成两个序列机组的功率指令分配；

(4)协控单元将策略分配的结果下发给执行单元，各机组按照分配指令进行功率响应。

2.根据权利要求1所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(1)中，对于处于最大功率追踪区的机组采用超速减载的方式预留备用功率，对于处于恒转速区或恒功率区的机组采用变桨减载的方式预留备用功率。

3.根据权利要求1所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(2)中，量测单元的测量点位于风电场的并网点高压侧，采集并网点电压信号，计算并网点电压频率的变化率和偏差值；

扰动发生后，若频率变化率超过预设死区，或频率偏差值超过预设死区，量测单元计算风电场的调频功率指令：

其中，H为惯性时间常数，K_d为一次调频下垂系数，f₁为并网点当前频率，f_n为设定的额定频率。

4.根据权利要求3所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

量测单元下发给协控单元的调频功率指令信息数据格式为[S1,S2,S3]；其中，S1表示惯量位，S2表示下垂控制标识位，S3表示目标功率指令；若频率变化率越过死区，则S1置位为1；若频率偏差值越过死区，则S2置位为1。

5.根据权利要求4所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(3)包括具体步骤：

(3.1)协控单元根据调频功率指令信息判断执行模式；

(3.2)执行该模式下的分配策略，完成两个序列机组的功率指令分配。

6.根据权利要求5所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(3.1)中，判断方式如下：

1)若S1＝1且S2＝0，则为惯量支撑模式；

2)若S2＝1，包括S1＝1且S2＝1，S1＝0且S2＝1，则为一次调频模式。

7.根据权利要求6所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(3.2)中，惯量支撑模式下，只有超速减载机组执行功率响应，执行如下：

其中，

为超速减载队列所有机组可调功率之和，P_ref为测量单元计算的目标指令值。

8.根据权利要求6所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

步骤(3.2)中，一次调频模式下，超速减载队列优先，若超速减载队列可调容量大于或等于功率目标指令，则超速减载队列按目标指令执行，变桨减载队列机组不响应；若超速减载队列的可调容量小于指令功率，则超速减载队列机组发出所有备用功率，目标功率指令与超速减载队列可调容量之和的差值为变桨减载队列的功率指令值。

9.根据权利要求8所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略，其特征在于，

变桨减载队列执行如下：

其中，

为变桨减载队列所有机组的可调节功率和。

10.一种基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化系统，其特征在于，包括量测单元、协控单元和执行单元；用于实现权利要求1-9任意一项所述的基于响应时序配合的风电机组多模式快速调频优化策略。

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