[发明专利]一种提高风电场接入电网频率稳定性的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路接触网检测领域，具体地，涉及一种提高风电场接入电网频率稳定性的控制方法。

背景技术

随着大规模风电场接入电网运行，风电在电力系统所占比重逐渐增加，而风电自身所具有的间歇性和随机性特点给电网带来的稳定性影响也随之增大。为减少风电场并网对系统安全的影响，电网对风电场并网提出了严格的技术要求，而有功、频率控制能力是其中重要的技术要求之一。

目前双馈风电机组因其具有优良的功率解耦控制能力，已成为大型风电场的主力机型。双馈风电机组通常运行在最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)模式下，其矢量控制策略使其机械和电磁耦合关系变弱，有功功率无法响应系统频率的变化。为了改善风电接入电网的频率稳定性，双馈风电机组需提供长期额外有功支持，因此其必须留有一定额备用容量，即运行在减载模式下。实现双馈风电机组减载运行主要有2种方法，变桨法和超速法。变桨法通过调节桨距角以调整功率系数，从而调整风电机组出力；超速法通过调整功率-转速最优曲线来控制转子转速超过最优转速，从而减少有功出力，储存有功备用。然而现有方法大都从机组角度分析风电并网的有功频率控制问题，没有从整个风电场角度出发，导致风电场接入电网频率稳定性不足。

发明内容

本发明提供了一种提高风电场接入电网频率稳定性的控制方法，解决了现有方法大都从机组角度分析风电并网的有功频率控制问题，没有从整个风电场角度出发，导致风电场接入电网频率稳定性不足的技术问题，实现了提高风电场对电力系统暂态频率稳定支持的技术效果。

风电场内各风电机组风速差异很大，各风电机组的有功频率调节能力及控制策略也不尽相同。例如，低风速区风电机组可通过超速法实现减载运行，而高风速区风电机组由于转速已经接近转速上限，因此只能通过变桨来实现减载于运行。此外，还应考虑有功频率调节能力在各台机组间的分配问题。

因此，本发明从整个风电场角度出发，将风电场内风电机组按照风速进行分区，并分析了不同风速区内风电机组在超速法下的有功调节能力，提出了一种提高双馈风电场接入电网后系统频率稳定性的有功频率分层控制方法。

本申请提供了一种提高风电场接入电网频率稳定性的控制方法，所述控制方法从三个层面进行控制，分别为：

电网调度层，对风电场的减载水平、频率参数进行控制；

风电场控制层，对风电场电力生产进行整体控制，发送参考值到每个风电机组；

风电机组控制层，将风电机组按照风电场发送的参考值进行控制，控制风电机组响应电网的频率变化，提供电网动态频率支持。

进一步的，将风电场内风电机组按照风速进行分区，划分为：低风速区、中风速区、高风速区；当在低风速区(v1≤v≤v2)和中风速区(v2≤v≤v3)时，利用超速法实现风力发电机组的减载运行，当在高风速区(v3≤v)时，利用变桨法实现风力发电机组的减载运行，通过超速法可实现的有功功率调节范围，如下公式表示：

其中，v表示风速，v1为风电机组切入风速；v2为低风速区与中风速区的界限；v3表示中风速区与高风速区的界限。

进一步的，风电场控制层根据电网调度层的减载运行水平要求及整个风电场的最大功率输出，控制整个风电场输入电网的有功功率，并测量公共连接点频率，根据风电场下垂特性曲线，在系统频率变化时，提高或减少整个风电场输出有功功率，使风电场参与系统频率控制。

进一步的，风电场控制层中的功率分配模块根据风电场确定的有功输出参考值以及有功调节范围计算模块确定的各个风电机组通过超速法可实现的有功调节范围，按照分配算法确定各个风电机组的有功减载容量参考值；功率分配计算是在满足电网调度层减载水平要求的前提下，首先充分利用风电场内各风电机组的超速能力来实现减载运行，当超速法无法满足减载水平要求时，再利用变桨法来调节；各风电机组减载容量参考值包括两个部分，表示通过转子超速实现的有功减载容量参考值，表示通过变桨实现的有功减载容量参考值。

进一步的，和计算如下：根据确定的风电场有功输出参考值则风电场的减载容量用P_margin,i表示超速法下风电机组的有功调节容量，其等于风电机组最大可输出功率减去超速法下最小输出功率；

当即仅通过风电场内低风速区和中风速区各风电机组的超速运行即可满足减载运行水平要求；各风电机组的减载容量参考值计算如下：