CN117117934A - 海上风电场分布式单元的控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海上风电场分布式单元的控制方法、系统、设备及介质，方法包括：根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。实施本发明实施例，通过负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制以及虚拟惯性控制的输出功率，从而实现单元的功率调节，可以使频率偏移量在较小范围内波动，确保海上风电场电力系统的稳定运行，防止系统过度调节。

Description

海上风电场分布式单元的控制方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种海上风电场分布式单元的控制方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质。
背景技术
风力发电在新能源发电中占比逐渐增高。但是，传统风力发电占用了较大面积的徒弟，可供陆地风力发电安装的区域较少，因此海上风力发电进入了人们的视野。目前，海上风电场在并网时会存在一定程度的功率波动，其频率偏移量的波动范围，存在一定的使电力系统失稳的风险，或出现电力系统过度调节的情况。
发明内容
本发明提供了一种海上风电场分布式单元的控制方法、系统、终端设备及计算机可读存储介质，以解决如何减小海上风电场电力系统失稳的风险技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种海上风电场分布式单元的控制方法，包括：
所述海上风电场包括若干分布式单元和负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；
所述控制方法应用于所述分布式单元，包括：
根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；
在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
作为优选方案，所述根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率，包括：
根据下式确定所述下垂控制的输出功率ΔPx：
其中，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。
作为优选方案，所述根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。
作为优选方案，所述储能设备为储能电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；在所述进行所述分布式单元的功率调节之前，还包括：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。
相应的，本发明实施例还提供了一种海上风电场分布式单元的控制系统，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；
所述控制系统应用于所述分布式单元，包括控制参数确定模块和控制模块；其中，
所述控制参数确定模块，用于根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；
所述控制模块，用于在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
作为优选方案，所述控制参数确定模块根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率，包括：
所述控制参数确定模块根据下式确定所述下垂控制的输出功率ΔPx：
其中，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。
作为优选方案，所述控制参数确定模块根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
所述控制参数确定模块根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。
作为优选方案，所述储能设备为储能电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；所述控制系统还包括约束构建模块，所述约束构建模块用于在所述控制模块进行所述分布式单元的功率调节之前：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。
相应的，本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供了一种海上风电场分布式单元的控制方法、系统、设备及介质，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；所述控制方法应用于所述分布式单元，包括：根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。实施本发明实施例，通过负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制以及虚拟惯性控制的输出功率，从而实现单元的功率调节，可以使频率偏移量在较小范围内波动，确保海上风电场电力系统的稳定运行，防止系统过度调节。
附图说明
图1：为本发明提供的海上风电场分布式单元的控制方法的一种实施例的流程示意图。
图2：为本发明提供的海上风电场的一种实施例的拓扑结构示意图。
图3：为本发明提供的下垂控制曲线的一种实施例的示意图。
图4：为本发明提供的海上风电场分布式单元的控制方法的一种实施例的控制框图示意图。
图5：为本发明提供的海上风电场分布式单元的控制系统的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
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。
实施例一
请参照图1和图2，其中图2为本发明提供的海上风电场的一种系统拓扑结构示意图。该海上风电场包括n个分布式单元，其中，每个单元包括2组风机和1个储能设备。
单个风机经过PSMG(永磁同步电机)连接至变压器，储能设备经过电力电子变换器连接至变压器。然后，每个风电场通过变压器连接交流电网，或者输送至负荷侧。
图1为本发明实施例提供的一种海上风电场分布式单元的控制方法，所述控制方法应用于所述分布式单元，包括步骤S1和步骤S2；其中，
步骤S1，根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率。
在本实施例中，可以基于以下下垂特性一次调频的数学模型进行控制：
其中，ΔPx为下垂控制的输出功率，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。这样可以使频率偏移量在很小范围内波动，此时认为电力系统是稳定的，避免了系统过度调节。
作为本实施例的一种优选实施方式，当时，可以按照下垂控制曲线计算ΔPxc(下垂控制曲线参照图3)，当Δf∈[-0.03Hz,0.03Hz]时，下垂控制不参与功率调节。
进一步地，所述根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制(Virtual Inertia Control,VIC)的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。由上式可知，当时，VIC参与功率调节，Δf∈[-0.03Hz,0.03Hz]时，VIC不参与功率调节。
作为一种优选实施方式，所述储能设备为储能电池或者是蓄电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；
在步骤S2所述进行所述分布式单元的功率调节之前，还包括：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。实施本申请实施例，当Δf<-0.03Hz时，说明负荷侧所需功率增多，此时储能电池需要释放功率来维持功率波动；当Δf>0.03Hz时，说明负荷侧所需功率减少，此时储能电池需要吸收多余功率来维持功率波动。在储能电池的SOC超过所设置的约束条件时，储能电池停止工作。
步骤S2，在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
本实施例可以通过下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，结合所述蓄电池或储能电池的充放电，进行分布式单元的功率调节。为进一步说明，本实施例还提供了一种海上风电与多类型能源生产及消费单元P-f主动协调控制框图(仅作为示例)，请参照图4：
如图4所示，v为风速，wave为波浪载荷，ω为发电机转速，PMPPT为最大功率追踪控制下风机组输出功率，Pref为海上风机组输出功率参考值，ΔPb为储能电池输出功率补偿值。
风力机一直处于MPPT(最大功率跟踪)控制状态。应用本实施例所述的海上风电场分布式单元的控制方法，首先需要采集负荷侧的频率波动Δf，判断Δf是否属于[-0.03Hz,0.03Hz]的范围内，若Δf∈[-0.03Hz,0.03Hz]，则下垂一次调频控制和VIC(虚拟惯性控制)退出调节；若则下垂一次调频控制和VIC(虚拟惯性控制)共同参与调节；同时，还需要实时监测储能的荷电状态SOC，通过储能设备的充放电，确保其符合荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN。
相应的，参照图5，本发明实施例还提供了一种海上风电场分布式单元的控制系统，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；
所述控制系统应用于所述分布式单元，包括控制参数确定模块101和控制模块102；其中，
所述控制参数确定模块101，用于根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；
所述控制模块102，用于在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
作为优选方案，所述控制参数确定模块101根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率，包括：
所述控制参数确定模块101根据下式确定所述下垂控制的输出功率ΔPx：
其中，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。
作为优选方案，所述控制参数确定模块101根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
所述控制参数101确定模块根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。
作为优选方案，所述储能设备为储能电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；所述控制系统还包括约束构建模块，所述约束构建模块用于在所述控制模块进行所述分布式单元的功率调节之前：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。
相应的，本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端的各种功能。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
其中，所述海上风电场分布式单元的控制系统集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供了一种海上风电场分布式单元的控制方法、系统、设备及介质，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；所述控制方法应用于所述分布式单元，包括：根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。实施本发明实施例，通过负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制以及虚拟惯性控制的输出功率，从而实现单元的功率调节，可以使频率偏移量在较小范围内波动，确保海上风电场电力系统的稳定运行，防止系统过度调节。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电场分布式单元的控制方法，其特征在于，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；
所述控制方法应用于所述分布式单元，包括：
根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；
在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
2.如权利要求1所述的一种海上风电场分布式单元的控制方法，其特征在于，所述根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率，包括：
根据下式确定所述下垂控制的输出功率ΔPx：
其中，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。
3.如权利要求2所述的一种海上风电场分布式单元的控制方法，其特征在于，所述根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种海上风电场分布式单元的控制方法，其特征在于，所述储能设备为储能电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；在所述进行所述分布式单元的功率调节之前，还包括：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。
5.一种海上风电场分布式单元的控制系统，其特征在于，所述海上风电场包括若干分布式单元且所述海上风电场连接负荷侧，每个所述分布式单元包括风机和储能设备；
所述控制系统应用于所述分布式单元，包括控制参数确定模块和控制模块；其中，
所述控制参数确定模块，用于根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率；根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率；
所述控制模块，用于在预设的约束条件下，通过所述下垂控制的输出功率以及所述虚拟惯性控制的输出功率，进行所述分布式单元的功率调节。
6.如权利要求5所述的一种海上风电场分布式单元的控制系统，其特征在于，所述控制参数确定模块根据所述负荷侧的频率偏移量，确定下垂控制的输出功率，包括：
所述控制参数确定模块根据下式确定所述下垂控制的输出功率ΔPx：
其中，Δf为频率偏移量，kxc为下垂控制系数。
7.如权利要求6所述的一种海上风电场分布式单元的控制系统，其特征在于，所述控制参数确定模块根据所述频率偏移量和虚拟惯性控制增益，确定虚拟惯性控制的输出功率，包括：
所述控制参数确定模块根据下式确定所述虚拟惯性控制的输出功率ΔPv：
其中，kv为虚拟惯性控制的增益，J为惯性系数，D为阻尼系数。
8.如权利要求5至7任意一项所述的一种海上风电场分布式单元的控制系统，其特征在于，所述储能设备为储能电池；所述约束条件包括所述储能电池的荷电状态约束；所述控制系统还包括约束构建模块，所述约束构建模块用于在所述控制模块进行所述分布式单元的功率调节之前：
构建所述储能电池的荷电状态约束0.2PbN≤SOC≤0.9PbN；其中，SOC为所述储能电池的荷电状态，PbN为所述储能电池的额定功率。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任意一项所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至4中任意一项所述的海上风电场分布式单元的控制方法。
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