[发明专利]双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法

说明书

本发明涉及一种双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法包括：建立风机的能量状态评价指标和发电水平评价指标；设定风机间的通信系数矩阵；风电场协调层测量频率并产生风电场输出功率参考值；相邻风机交换发电水平评价指标，通过外环迭代方法进行牛顿迭代，追踪协调层产生的参考值；每步迭代中，各风机通过内环递推计算该步近似的牛顿方向，为外环迭代提供必要信息。本发明方法充分利用双馈风机储存的动能，设计的协调控制体系降低了协调层的计算负担，而通过分布式牛顿方法的二阶收敛性，实现风电场整体的快速一次调频，同时，能够实现风机间功率的合理分配，保证风机的安全运行。

技术领域

本发明涉及一种双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

环境问题驱动着电力系统的创新与变革，发展可再生能源发电，可以优化能源结构、推动节能减排和实现经济可持续发展。作为最具代表性的可再生能源发电方式之一，风力发电被广泛认为是传统火力发电的有效替代方案。风力发电的快速发展正在逐渐改变电力系统的传统运行方式。大规模高渗透率风力发电接入导致的最明显的问题是由于风能自身的随机性和波动性，将给电力系统带来严重的功率波动。而由于大规模风力发电采用异步电机的形式，使得其转子转速与系统频率相互解耦，从而降低了系统的惯性，进一步导致了频率的波动。因此，在风电高渗透率地区，若大规模风电场的风力发电机均采用最大功率跟踪控制模式，将对电力系统产生巨大的冲击，甚至影响安全稳定运行。

目前，大多数风电场采用双馈风机发电，而双馈风机叶片中储存的动能和灵活的控制特性为参与频率调节提供了可能。通过调节双馈风机转子侧的电力电子装置，能够快速改变其有功输出，利用风机自身储存的动能提供快速的一次调频服务。然而，目前大多数双馈风机参与一次调频的方法都只以一台单独的风机作为参与调频的单位，而在电力系统中风电场应整体响应系统的频率变化，特别是在电力市场的环境下风电场整体的输出功率更是其作为市场参与者考核和结算的标准。但若进行风电场参与电力系统频率控制的协调控制，一般需采用集中式的优化控制方法，目前国内外的已有方法均属于这一类型。但由于大规模风电场风机数量众多，地理分布较远，集中式控制需要建设复杂的通信网络，且严重依赖于风电场集中控制器。若风电场集中控制器发生故障，整个系统将陷于瘫痪，因此可靠性很低，而集中的模型维护和优化计算也将耗费大量的时间，并不适合对响应速度要求很高的一次调频。

发明内容

本发明的目的是提出一种双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，以可满足风电场整体参与系统一次频率调节的目标，使其呈现类似同步发电机的频率响应特性，且可按照不同双馈风机的调节能力在双馈风机之间合理分配功率，保证双馈风机的安全运行，改善风电场一次调频的动态性能，且方法实现方便，控制简单。

本发明提出的双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，包括以下步骤：

(1)建立风电场中双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标SOE_i：

上式中，SOE_i表示风电场中第i台双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标，ω_t,i表示风电场中第i台双馈风机叶片的转速标幺值，ω_tmin,i表示风电场中第i台双馈风机保证正常发电的叶片转速标幺值的下限，ω_tmax,i表示风电场中第i台双馈风机保证正常发电的叶片转速标幺值的上限，i为介于1到m之间的任意整数，m为风电场中双馈风机的数量；

根据上述得到的风电场中双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标SOE_i，建立风电场中双馈风机发电水平评价指标x_i：