[发明专利]风力发电机组的一次调频的控制方法及设备

说明书

提供了一种风力发电机组的一次调频的控制方法及设备。所述控制方法包括：当风力发电机组完成所述一次调频的惯量控制后，控制发电机的扭矩持续以指定速率下降；监测风力发电机组的输出功率，并当所述输出功率下降到指定功率值时，停止对发电机的扭矩的控制，并判断当前的风资源能否使风力发电机组的输出功率维持在所述指定功率值；当确定能够维持在所述指定功率值时，控制风力发电机组的输出功率保持在所述指定功率值，直到风力发电机组恢复到正常工作点。根据所述控制方法及设备，能够对惯量控制结束后的功率恢复过程进行有效控制，避免风力发电机组的输出功率大幅度下降，以保证电网频率的稳定。

技术领域

本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的一次调频的控制方法及设备。

背景技术

随着风力发电行业的快速发展，大规模的风电被接入到电网，然而由于目前广泛采用的变速恒频风力发电机组使用背靠背变换器来实现变速恒频运行，使得风力发电机组与电网完全解耦，不再具备响应电网频率变化的能力，因此带来了风电大规模并网消纳的瓶颈。

可再生能源参与电网调频越发成为行业发展的趋势，风力发电机组的一次调频主要指的是通过风力发电机组的控制系统使输出有功功率随电网频率而变动。目前风力发电机组主要通过转子惯性控制(也即，惯量控制)、超速、变桨等方式进行输出有功功率控制，以参与电网的一次调频。其中惯量控制方式指的是风力发电机组正常运行在最大功率跟踪状态(例如，运行在如图1所示的与风力发电机组的正常运行状态对应的转速扭矩曲线上工作点a与b之间的变速段)，通过对风力发电机组的电磁扭矩的控制，实现叶轮惯量储能的快速吞吐，从而达到调节电网频率的目的。当电网频率跌落，需要风力发电机组提升输出功率而风力发电机组没有备用功率时，风力发电机组通常采用惯量控制方式来实现一次调频功能。

目前采用惯量控制方式的一次调频的具体实现流程如下：

参照图2到图4，假如风力发电机组运行稳定在工作点1，某一时刻检测到电网频率变化，需要采用惯量控制方式提升功率ΔP₁。风力发电机组通过提升发电机的扭矩将输出功率提升至调频所需要的功率(P+ΔP₁)，风力发电机组的工作点从工作点1(n_H，T_H)变化至工作点2(n_H，T_H+ΔP₁/n_H)。

由于此时叶轮捕获的风能小于输出的电能，通过消耗叶轮的动能使风力发电机组维持在调频所需要的功率。叶轮的动能的消耗表现为叶轮的转速下降，由于输出功率一定，使得发电机的扭矩逐步上升，一段时间后风力发电机组从工作点2变化至工作点3(n_L1，(P+ΔP₁)/n_L1)。

如果此时提升至调频所需的功率的时长已经满足电网要求，可结束惯量控制(即，停止控制风力发电机组维持在调频所需要的功率(P+ΔP₁))，并使风力发电机组恢复到正常工作状态，即从工作点3变化到工作点4(n_L2，T_L2)。

目前的一次调频方案通常采用惯量控制来实现风力发电机组的一次调频功能，但是目前的惯量控制技术大多只关注于一次调频过程中迅速改变扭矩以提升输出功率，对于惯量控制结束后的功率恢复过程，即对从工作点3到工作点4的过程的控制，则研究较少。而提升频率的响应结束后由于工作点切换导致功率跌落，容易造成电网再次功率不平衡，导致电网频率的二次污染。

发明内容

本发明的示例性实施例在于提供一种风力发电机组的一次调频的控制方法及设备，以解决现有技术存在的惯量控制结束后容易造成电网频率的二次污染的问题。