CN117977624A - 考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统，通过建立电压源型双馈风电机组模型用电压源型风机代替电网中的常规机组，对区域电网中电压源和电流源的结构进行模型搭建，改变电压源型风机所占比例不同，得到含风电场站的区域电网模型。通过对数据的分析和处理，验证调频能力需求模型的准确性和可行性，得到改变电压源型风电所占比例来得到系统的调频效果。本发明有助于在新能源大规模替代传统同步电源的场景下更好地支撑系统运行，从而提高新能源发展规模和电网消纳水平。提高风电场站的供电可靠性，并降低调频对系统的影响。

Description

考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统

技术领域

本发明属于新能源频率控制技术领域，具体涉及一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统。

背景技术

近年来随着以风电场、光伏电站为代表的新能源电站的大规模建设，给电网运行带来了挑战。新能源发电的渗透率逐渐提升的过程中，系统的频率特性发生了改变，原本参与调频火电机组被新能源发电替代。由于新能源机组的弱惯性，当功率的扰动出现时，系统的安全性降低，系统频率的稳定性受到影响，而这也成为制约新能源大规模发展和电网消纳的严重阻碍。为了促进新能源发电的可持续性发展，有必要对新能源发电主动参与电网频率调节进行研究。

从并网特性的角度，目前风电等新能源并网的主流控制方式为电流源型跟网控制，其特点是在新能源渗透率相对不高、电网强度相对充足的条件下，可快速精确地控制并网电流和注入功率，有利于高效地利用资源。但在电流源型跟网控制方式下，新能源在弱电网中的稳定运行、以及构建和支撑电网方面的能力有限，无法完全满足新型电力系统对新能源的要求。相比之下，电压源型构网控制模拟同步发电机具备功率同步或惯性同步的特性，不仅可以自发地与电网同步，还可以主动地表现出对电网频率、电压的响应和支撑。为了满足未来新型电力系统对新能源的要求，需要增加电压源型新能源在电网中所占比例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统，用于解决电流/电压源型风机大规模接入电力系统中，系统频率稳定性脆弱的技术问题，实现风电场站的调频效果优化，提高调频响应速度，降低调频偏差。

本发明采用以下技术方案：

考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，包括以下步骤：

S1、根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

S2、基于步骤S1得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；

S3、使用步骤S2得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；

S4、设定电压源型风电的初始占比，对步骤S3得到的区域电网模型进行监测；

S5、改变电压源型风电所占比例，分析步骤S4得到的区域电网模型在发生扰动后电流/电压源型风机大规模接入到到电力系统中，系统频率的稳定性变得越来越脆弱系统的调频效果。

优选地，步骤S1中，有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系如下：

其中，K_P为有功下垂系数，K_Q为无功下垂系数，ω₀为频率额定值，V₀为幅值额定值，P_ref为有功功率参考值，Q_ref为无功功率参考值，ω_ref为输出电压的幅值控制参考，V_ref为输出电压的频率控制参考。

优选地，步骤S2具体为：

利用测量到的并网电压和电流，通过下垂控制获得输出电压的幅值和频率参考V_ref和ω_ref；

再由电压控制环和电流控制环将定子输出电压参考转换为转子励磁电压参考；

通过调制环节获得变流器的开关触发信号，实现电压源型构网控制。

优选地，步骤S3中，含风电场站的区域电网模型引入电压源型双馈风机，针对不同电压源型风机占比进行模拟分析，比较不同占比下风电场站的调频特性和对电网的影响。

优选地，步骤S4具体为：

设定一个初始的电压源型风电占比0％作为基准；对电压源型风电的占比比例进行改变，并记录每次改变后的系统调频效果。

进一步优选地，按照0、5％、10％和20％逐渐递增的比例对电压源型风电的占比比例进行改变。

优选地，步骤S5中，将记录的调频效果数据进行分析和比较，比较不同占比比例下的调频偏差大小、系统稳定性指标；通过改变电压源型风电所占比例得到不同压源型风电所占比例β的结果。

进一步优选地，通过评估调频偏差大小、频率响应速度衡量调频效果。

进一步优选地，压源型风电所占比例β计算如下：

其中，S₀为电压源型风电容量；S_c为整个系统的总容量。

第二方面，本发明实施例提供了一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频系统，包括：

参数模块，根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

构建模块，基于参数模块得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；

替代模块，使用构建模块得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；

监测模块，设定电压源型风电的初始占比，对替代模块得到的区域电网模型进行监测；

调频模块，改变电压源型风电所占比例，分析监测模块得到的区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，通过构建有功功率和频率、无功功率和电压之间的负反馈关系，可以实现风电机组的电压频率和幅值的控制。这是因为电网的稳定运行需要满足一定的电压和频率条件，而风电机组作为可再生能源发电设备，需要根据电网需求提供稳定的电压和频率。通过负反馈控制，风电机组可以根据实际需要进行调节，使其输出符合电网要求的电压和频率，从而确保电网的稳定性；基于S1步骤得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组。这是基于S1步骤的控制参考，将其应用到实际的风电机组中，可以通过控制系统响应电网的变化，实现对输出电压和频率的精确调节，从而更好地适应电网运行的需求；使用S2步骤得到的风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型。这一步是将具体的风电场站模型与整体电网模型相结合，以便进一步的仿真和分析。通过在整体电网模型中引入风电场站模型，可以全面评估风电场站对电网运行的影响，为后续的优化提供基础数据；对含风电场站的区域电网模型进行监测，通过设定电压源型风电的初始占比来了解系统在不同风电占比下的运行情况。这一步的目的在于评估风电占比对整个区域电网系统运行的影响，为进一步的优化提供依据；改变电压源型风电所占比例，分析系统在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。通过改变风电占比并分析系统的调频效果，可以评估不同风电占比对整个区域电网系统调频能力的影响。这有助于了解风电场站对电网调频能力的影响，为风电场站的接入和调频能力提供参考和指导。通过建立负反馈控制关系、应用控制参考到双馈风电机组、整合风电场站模型到整体电网模型、监测和分析不同风电占比对电网运行的影响，最终旨在实现风电场站与电网的协调运行，并为风电场站的接入和运行提供技术支持和优化方案。

进一步的，步骤S2中设计的电压源型双馈风电机组构网控制，在实现精确调节电压和频率的同时，还能提高风电机组的响应速度和稳定性，以及确保风电机组与电网的协调运行。这对于风电场站的接入和运行具有重要意义，有助于提高风电发电系统的可靠性和电网的稳定性，具体为：

1.实现电压和频率的精确调节：通过测量并网电压和电流，利用下垂控制获得输出电压的幅值和频率参考，可以使风电机组的输出电压和频率能够根据电网的要求进行精确调节。这样可以确保风电机组在接入电网时能够提供符合电网需求的电压和频率，有利于维持电网的稳定运行。

2.转换定子输出电压参考为转子励磁电压参考：通过电压控制环和电流控制环将定子输出电压参考转换为转子励磁电压参考，可以实现对风电机组转子侧电压的精确控制。这有助于提高风电机组的响应速度和稳定性，使其能够更好地适应电网运行的需要。

3.实现电压源型构网控制：通过调制环节获得变流器的开关触发信号，实现电压源型构网控制，可以确保风电机组输出的电压和频率与电网同步，并能够及时、准确地响应电网的变化。这有助于提高风电场站的接入质量和运行可靠性，同时减小对电网的影响，有利于提高电网的稳定性和安全性。

进一步的，通过使用电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型，主要有以下目的和好处：

1.评估电压源型双馈风机在调频方面的性能：相较于传统的同步机组，电压源型双馈风机在调频方面具有独特的特性，包括惯性响应、频率控制等方面的差异。通过这种方式，可以评估电压源型双馈风机在风电场站中的调频效果，进一步了解其对电网调频性能的影响。

2.比较不同风电占比下的调频效果：将电压源型双馈风机引入含风电场站的区域电网模型中，可以比较不同电压源型风机占比下的调频效果。这有助于分析风电对电网调频性能的影响，找出不同占比下的优势和劣势，并为制定更加有效的调频策略提供参考；电压源型双馈风机作为风电场站的主要发电设备，其调频能力和响应速度与传统的同步机组存在一定差异。引入电压源型双馈风机后，风电场站的调频特性将发生变化，包括惯性响应、频率控制等方面。这种改变将影响整个区域电网的调频性能，因此在模型中引入电压源型双馈风机可以帮助深入了解风电对电网调频性能的影响，为优化风电场站的调频控制策略提供依据。同时，这也有助于电力系统运营者更好地预测和规划不同风电占比下的调频需求，保障电网的频率稳定性和可靠性。

进一步的，评估电网的调频特性：随着电压源型风电占比的增加，系统的惯性会发生变化，从而影响电网的调频特性。逐步增加电压源型风电的占比可以帮助评估系统在不同风电占比下的调频性能，包括频率响应速度、频率稳定性等；探索风电占比对系统惯性的影响：电力系统的惯性主要由传统的旋转发电机提供，而风电等非同步发电机则缺乏这种机械惯性。逐步增加风电占比可以帮助了解风电对系统惯性的影响，以及如何通过调整其他措施来弥补风电对系统惯性的不足；分析电压源型风电对电网频率稳定性的影响：风电具有波动性和不确定性，其并网会对电网的频率稳定性产生一定影响。逐步增加风电占比可以帮助评估电网在不同风电占比下的频率稳定性，以及是否需要加强其他调节措施来保持电网的稳定运行。随着电压源型风电占比的增加，风电对电网的影响将逐渐显现。风电的接入会改变系统的惯性和响应特性，可能影响电网的频率稳定性和调频性能。逐步增加风电占比可以帮助深入理解风电对电网运行的影响，为优化电网调度和控制策略提供依据，以确保电网在高风电渗透率下的稳定运行和调频效果。

进一步的，评估电压源型风电场站的调频性能：调频偏差大小和频率响应速度是评估电力系统调频性能的重要指标。通过对不同电压源型风机占比的风电场站进行这些指标的评估，可以直观地了解不同风电占比下系统的调频特性，从而为调节和优化风电场站的调频策略提供依据；比较不同风电占比下的调频效果：通过评估调频偏差大小和频率响应速度，可以对比不同电压源型风机占比下风电场站的调频效果。这有助于分析风电对电网频率调节的影响，找出不同占比下的优势和劣势，并为发展更加有效的调频策略提供参考；调频偏差大小是衡量实际频率与额定频率之间的偏差，频率响应速度则反映了系统在面临频率扰动时的调节速度和稳定性。风电场站作为一种非同步发电源，其调频能力和响应速度可能与传统的同步发电机存在差异。因此，评估调频偏差大小和频率响应速度有助于深入了解风电场站在不同占比下的调频特性，并为优化风电场站的调频控制策略提供依据。同时，这也有助于电力系统运营者更好地预测和规划不同风电占比下的调频需求，保障电网的频率稳定性和可靠性。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

综上所述，本发明能够提高新能源电站与电网协同运行的效果和整体系统的稳定性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明电压源型构网控制方法框图；

图2为电压源型构网控制在风电机组中的实现示意图；

图3为含双馈风机的电网模型示意图；

图4为电压源型风机占比最大时的系统输出特性图，其中，(a)为系统频率变化；(b)为风机转子转速变化；(c)为风机出力；(d)为同步发电机出力；

图5为电压源型风机占比最小时的系统输出特性图，其中，(a)为系统频率变化；(b)为风机转子转速变化；(c)为风机出力；(d)为同步发电机出力；

图6为不同电压源型风电占比结构下的系统输出特性图，其中，(a)为系统频率变化；(b)为风机转子转速变化；(c)为风机出力；(d)为同步发电机出力；

图7为本发明一实施例提供的计算机设备的示意图；

图8为本发明根据一实施例提供的一种芯片的框图。

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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

针对含传统火电机组的新能源风电场站下，通过改变电压源型风电机组来改变传统火电机组和电流源型风机的占比而提供的一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法。由于区域电网中同时存在电压源和电流源的不同占比结构，传统的调频能力需求研究方法已经不能满足实际需求。因此，需要开展关于电压源与电流源不同占比结构下区域电网对新能源场站调频能力需求的研究，以优化调频控制策略。

本发明提供了一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，针对含风电场站的区域电网，提供一种考虑不同电压源型风机占比的调频方法，通过建立电压源型双馈风电机组模型用电压源型风机代替电网中的常规机组，对区域电网中电压源和电流源的结构进行模型搭建，改变电压源型风机所占比例不同，得到含风电场站的区域电网模型；通过对数据的分析和处理，验证调频能力需求模型的准确性和可行性，得到改变电压源型风电所占比例来得到含新能源场站区域电网系统的调频效果。

请参阅图1，本发明一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，包括以下步骤：

S1、根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

请参阅图1，根据式(1)构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系

其中，K_P为有功下垂系数，K_Q为无功下垂系数，ω₀为频率额定值，V₀为幅值额定值，P_ref为有功功率参考值，Q_ref为无功功率参考值。

S2、构建电压源型双馈风电机组中实现电压源型构网控制；

请参阅图2，首先，利用测量到的并网电压和电流，通过下垂控制获得输出电压的幅值和频率参考V_ref和ω_ref；

再由电压控制环和电流控制环将定子输出电压参考转换为转子励磁电压参考；

最终通过调制环节获得变流器的开关触发信号，实现电压源型构网控制。

S3、使用步骤S2得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到电网模型；

请参阅图3，电网模型引入了电压源型双馈风机，包括电压源型双馈风机的额定容量、最大可调功率等。这些参数对于模拟风电场站在电网中的运行行为至关重要，也是评估风电对电网调频性能影响的重要依据。

调频控制策略：

描述电压源型双馈风机的调频控制策略，包括频率响应速度、惯性响应等方面的具体实现方式。这些策略直接影响风电场站对电网频率变化的响应，对电网调频性能产生重要影响。

针对不同电压源型风机占比，进行模拟分析，比较不同占比下风电场站的调频特性和对电网的影响。这将有助于评估风电对电网调频性能的整体影响，并指导制定合理的风电调频控制策略。

含风电场站的区域电网模型包括：

在交流电网中总容量为150MW，由33台1.5MW的电机组经过倍乘模拟电压源型风电场容量，1台容量为100MW同步发电机等效为电流源型风电场容量和1台容量为100MW同步发电机等效为传统机组发电容量，通过变压器和输电线路进行连接。

S4、设定初始占比；

首先，设定一个初始的电压源型风电占比0％作为基准；

随后，按照0、5％、10％和20％逐渐递增的比例对电压源型风电的占比比例进行改变，并记录每次改变后的系统调频效果。

S5、监测调频效果；改变电压源型风电所占比例，分析发生扰动后系统的调频效果。

对每次改变后的系统调频效果进行监测和评估；调频效果通过评估调频偏差大小、频率响应速度等指标来进行衡量。

将记录的调频效果数据进行分析和比较，比较不同占比比例下的调频偏差大小、系统稳定性指标。

通过改变电压源型风电机组来改变传统火电机组和电流源型风机的占比而提供的一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法。

压源型风电所占比例β计算如下：

其中，S₀为电压源型风电容量；S_c为整个系统的总容量。

通过改变电压源型风电所占比例从而得到不同β情况下的结果，通过对比得出结论。

本发明再一个实施例中，提供一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频系统，该系统能够用于实现上述考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，具体的，该考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频系统包括参数模块、构建模块、替代模块、监测模块以及调频模块。

其中，参数模块，根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

构建模块，基于参数模块得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；

替代模块，使用构建模块得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；

监测模块，设定电压源型风电的初始占比，对替代模块得到的区域电网模型进行监测；

调频模块，改变电压源型风电所占比例，分析监测模块得到的区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，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，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法的操作，包括：

根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；基于电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；使用电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；设定电压源型风电的初始占比，对区域电网模型进行监测；改变电压源型风电所占比例，分析区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。

请参阅图7，终端设备为计算机设备，该实施例的计算机设备60包括：处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可在处理器61上运行的计算机程序63，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例中的储层改造井筒中流体组成计算方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频系统中各模型/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。

计算机设备60可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备60可包括，但不仅限于，处理器61、存储器62。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是计算机设备60的示例，并不构成对计算机设备60的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器61可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、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。

存储器62可以是计算机设备60的内部存储单元，例如计算机设备60的硬盘或内存。存储器62也可以是计算机设备60的外部存储设备，例如计算机设备60上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。

进一步地，存储器62还可以既包括计算机设备60的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

请参阅图8，终端设备为芯片，该实施例的芯片600包括处理器622，其数量可以为一个或多个，以及存储器632，用于存储可由处理器622执行的计算机程序。存储器632中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器622可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法。

另外，芯片600还可以包括电源组件626和通信组件650，该电源组件626可以被配置为执行芯片600的电源管理，该通信组件650可以被配置为实现芯片600的通信，例如，有线或无线通信。此外，该芯片600还可以包括输入/输出(I/O)接口658。芯片600可以操作基于存储在存储器632的操作系统。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；基于电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；使用电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；设定电压源型风电的初始占比，对区域电网模型进行监测；改变电压源型风电所占比例，分析区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。

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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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

为验证本发明基于不同电源类型占比场景下的新能源场站调频方法的有效性，在MATLAB/simulink平台搭建如图3所示的含风电的区域电网进行仿真模型，对负荷突增过程中的一次调频过程进行仿真。

设风电场由33台1.5MW的双馈风电机组构成，常规机组G1和G2的容量均为100MW；系统仿真参数设置如表1所示。

表1仿真系统参数

(1)电压源型风机占比为0时系统的输出特性

系统L1初始负荷为117MW，10s时通过闭合断路器使系统负荷突增20MW，这时的发电功率小于负荷功率导致系统频率下降；图5所示为系统的动态频率响应，图5(a)是系统频率变化，图5(b)是风机转子转速变化，图5(c)是风机出力，图5(d)是同步发电机出力，当电压源型风机占比为0时系统输出特性中频率下跌较多，同步发电机出力不稳定。考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法有助于提高电网频率稳定性和可靠性，同时优化调频特性，减小调频压力。

(2)设定一个初始的电压源型风电占比0％作为基准。随后，按照0、5％、10％和20％逐渐递增的比例对电压源型风电的占比比例进行改变，得到系统的输出特性。

设风速为9m/s，10s时通过闭合断路器使系统负荷突增20MW，这时系统的动态频率响应如图4所示。对比可知未采用本发明方法时，系统最低频率为49.775Hz；而采用本发明方法后的系统最低频率为49.818Hz。说明电压源型DFIG对系统的频率具有支撑作用，减小了系统的最大频率偏差。图4(c)所示为风电场的输出功率曲线。可以看出，在系统频率变化期间，电流源型的风电场输出功率几乎没有变化；而电压源型的风电场输出功率在系统频率开始下跌时瞬时增大，表现出了类似于同步发电机的惯性响应特性。由于同步发电机的调速器动作比较缓慢，同步发电机和DFIG利用其惯性瞬时释放转子中存储的动能，因此，在10～20s这段时间内风电场的输出功率大于正常情况下的输出功率。在调速器的调整下，同步机的输出功率不断增大，DFIG转子转速开始恢复。图4(b)所示为DFIG的转子转速曲线。可以看出，在系统频率变化期间，电流源型的DFIG转子转速几乎不发生变化；而电压源型的DFIG转子转速在频率开始下跌时快速减小释放其动能，随着同步机输出功率的增大，DFIG转子转速减小到一定值后又开始恢复，为再次捕获最大风能作准备。

(3)不同电压源型风电占比下系统的输出特性

将风电场分为3部分，容量分别为12.5MW、12.5MW、25MW。通过设定这三部分风力机是否参与调频，从而得到β分别为0、5％、10％和20％情况下的结果，如图6所示。从图6可见，系统频率变化时，随着电压源型风机所占比例的增加系统最低频率分别为49.775Hz、49.786Hz、49.798Hz和49.818Hz。系统频率下跌时，电压源型风机输出功率增大，主动参与电网调频。增加电压源型DFIG所占比例能够减小供需功率不平衡引起的频率偏差，从而有效提高了系统的频率调节能力。

综上所述，本发明一种考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法及系统，综合考虑不同类型的风机，通过改变在新能源区域场站电压源型风机所占的比例，利用电压源型构网控制具备的功率同步或惯性同步的特性，主动地表现出对电网频率、电压的响应和支撑；此外，电压源型构网控制具备在能量供给充足时，可以独立地为负荷供电；有助于在新能源大规模替代传统同步电源的场景下更好地支撑系统运行，从而提高新能源发展规模和电网消纳水平；提高风电场站的供电可靠性，并降低调频对系统的影响。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

S2、基于步骤S1得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；

S3、使用步骤S2得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；

S4、设定电压源型风电的初始占比，对步骤S3得到的区域电网模型进行监测；

S5、改变电压源型风电所占比例，分析步骤S4得到的区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。

2.根据权利要求1所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，步骤S1中，有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系如下：

其中，K_P为有功下垂系数，K_Q为无功下垂系数，ω₀为频率额定值，V₀为幅值额定值，P_ref为有功功率参考值，Q_ref为无功功率参考值，ω_ref为输出电压的幅值控制参考，V_ref为输出电压的频率控制参考。

3.根据权利要求1所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，步骤S2具体为：

利用测量到的并网电压和电流，通过下垂控制获得输出电压的幅值和频率参考V_ref和ω_ref；

再由电压控制环和电流控制环将定子输出电压参考转换为转子励磁电压参考；

通过调制环节获得变流器的开关触发信号，实现电压源型构网控制。

4.根据权利要求1所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，步骤S3中，含风电场站的区域电网模型引入电压源型双馈风机，针对不同电压源型风机占比进行模拟分析，比较不同占比下风电场站的调频特性和对电网的影响。

5.根据权利要求1所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，步骤S4具体为：

设定一个初始的电压源型风电占比0％作为基准；对电压源型风电的占比比例进行改变，并记录每次改变后的系统调频效果。

6.根据权利要求5所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，按照0、5％、10％和20％逐渐递增的比例对电压源型风电的占比比例进行改变。

7.根据权利要求1所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，步骤S5中，将记录的调频效果数据进行分析和比较，比较不同占比比例下的调频偏差大小、系统稳定性指标；通过改变电压源型风电所占比例得到不同压源型风电所占比例β的结果。

8.根据权利要求7所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，通过评估调频偏差大小、频率响应速度衡量调频效果。

9.根据权利要求7所述的考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频方法，其特征在于，压源型风电所占比例β计算如下：

其中，S₀为电压源型风电容量；S_c为整个系统的总容量。

10.考虑不同电压源型风机占比的风电场站调频系统，其特征在于，包括：

参数模块，根据电压源型构网控制得到输出电压参考，构建有功功率和频率，以及无功功率和电压之间的负反馈关系，通过功率指令及反馈获得电压频率和幅值的控制参考；

构建模块，基于参数模块得到的电压频率和幅值的控制参考构建电压源型双馈风电机组；

替代模块，使用构建模块得到的电压源型双馈风机替代电网中的常规同步机组，得到含风电场站的区域电网模型；

监测模块，设定电压源型风电的初始占比，对替代模块得到的区域电网模型进行监测；

调频模块，改变电压源型风电所占比例，分析监测模块得到的区域电网模型在发生扰动后含新能源场站区域电网系统的调频效果。