[发明专利]一种基于动态功率备用的变速风电机组频率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源发电技术中的风电机组并网技术领域的方法，具体讲涉及一种基于动态功率备用的变速风电机组频率控制方法。

背景技术

电力系统有功功率平衡是电力系统频率稳定的前提，当系统遇到扰动时，如短路故障、跳机、联络线开断、系统解列等，往往导致系统总的发电功率与总的负荷功率存在不平衡；若总的发电功率超出总的负荷功率（包括网损），系统频率会升高；反之，总的发电功率小于总的负荷功率，系统频率会下降。根据频率波动的不同以及系统当时的运行状况，通常采取调节发电机有功出力，甚至切机、切负荷等相应措施保证电网的频率安全；频率控制对于电力系统的稳定运行与安全是必不可少的。随着风电穿透功率的增长，确保风电并网后电力系统连续运行的频率安全性和频率稳定性是风电研究中重要的课题之一。在电网发生频率大幅度降低事故时，系统的惯量对于频率降低的变化率起到了决定作用——惯量越低，系统频率降低的越快。在电力系统中，对于严重的频率事故，任何惯量响应的降低都是危险的。

变速风电机组作为现如今商业化运行的主力机型之一，通过变流器控制有功功率与无功功率，其转速控制与电网频率解耦，致使在电网频率发生改变时机组无法响应电网频率变化。因此，尽管变速风电机组接入电网后并没有真正减少系统中总的旋转动能数量，但变速风电机组固有的转动惯量对电网表现为一个“隐含惯量”，在系统频率故障中无法表现出来，使得整个电网的等效转动惯量降低，故障后的频率变化将会大于大量风电接入电网之前的值，不利于电网的频率稳定性。

风电的频率控制要求已逐渐被关注，如丹麦要求风电机组每分钟有功功率应能变化额定容量的10～100%，据魁北克水利局电网机构规定，风电场容量大于10MW时，风电机组必须有频率控制系统帮助电力系统减少幅值较大的（>0.5Hz）、持续时间较短的（<10s）频率偏差。国内外学者对此也进行了一系列研究，通过在风电机组主控中附加有功频率控制模块，利用风电机组储存在旋转质量中的动能参与系统调频，此方法的好处是原理清晰控制实现简单，弊端是低风速时转子转速较低调频能力有限，且频率控制过程中转速下降造成风功率捕获能力下降。通过采用风电机组留有备用的运行方式参与系统调频，分别通过超速运行控制、变桨控制或通过基于变风速的超速与变桨协调控制方案留有有功备用，并通过在风电机组主控中附加有功频率控制模块，释放风电机组储存在旋转质量中的动能并利用备用功率参与系统调频，此方法好处是风电机组可以提供持续的有功支撑，且频率控制过程中转速下降可以增加捕获的风功率，有效提高系统的频率稳定性，弊端是不管采用何种留有备用的方法都要限制风电的有功出力。在风电场控制层面也给出了风电场时序协同控制策略。

针对变速风电机组附加频率控制环节，可以改善其在电网频率变化时的频率响应特性，在电网频率变化的暂态过程中，表现出其惯量的作用。在系统出现功率缺额导致频率下降时，附加控制环节能降低变速风电机组的转子转速，释放转子中储存的动能，使得变速风电机组能够参与系统频率控制。但是变速风电机组的转动惯量特性不同于同步发电机组，变速风电机组在不同风速下的转子转速是不同的，其“隐含惯量”需要通过附加控制系统来实现，考虑到风电机组转子转速的限制，不同风速下变速风电机组具备不同的调频能力。变速风电机组单纯通过附加频率控制环节实现参与系统调频存在一定的弊端。

因此，提供一种参与系统调频提供有功支撑时不受运行工况的影响的风电机组全风速区的调频能力的方法，提高电力系统频率稳定性尤为重要。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于动态功率备用的变速风电机组频率控制方法；该方法可实现风电机组全风速区的调频能力，参与系统调频提供有功支撑时不受运行工况的影响，提高电力系统频率稳定性。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于动态功率备用的变速风电机组频率控制方法，其改进之处在于：所述控制方法包括以下步骤：I、根据风电机组的运行工况确定变速风电机组调频运行策略；

II、判断变速风电机组是否参与系统调频；

III、判断风机转速是否越限；

IV、激活有功频率控制模块；修改风电机组有功功率设定值；

V、实现系统频率的控制。

进一步的，所述步骤I的运行策略包括基于最大功率跟踪的调频运行策略和基于动态功率备用的调频运行策略。