[发明专利]一种风电机组全风速智能调频控制方法及其系统和风电场

说明书

本发明公开了一种风电机组全风速智能调频控制方法及其系统和风电场，属于风电机组领域，对处于最大功率追踪状态下的风电机组通过降载运行提供功率备用，使其具备长期参与系统一次调频的能力；并通过基于超速限值的风速分区控制策略实现风电机组在全风速段内的精细控制，通过优先使用变速调频，当变速调频无法满足降载或增功需求时启动变桨调频。本发明所述方法通过基于超速限值的风速分区控制策略实现风电机组在全风速段内的精细控制，在系统频率正常时提供稳定可靠的功率备用，在系统频率异常时提供快速持续的功率支撑，有助于提升风电机组的电网友好性。

技术领域

本发明涉及风电机组领域，特别是涉及一种风电机组全风速智能调频控制方法及其系统和风电场。

背景技术

随随着风力发电的大规模开发应用，其在电力系统中的渗透率不断升高，但由于风电机组的独特结构和运行方式，尤其是风机转速与系统频率的解耦控制方式的广泛应用，使得风电机组无法主动响应系统频率的变化；同时，为了追求风能的最大化利用，风电机组通常采用最大功率追踪控制方式，不提供额外的有功备用，从而导致无法在系统频率下降时提供类似传统同步机组的辅助调频服务。因此，大规模风电并网必然导致电力系统的惯量支撑能力和一次调频能力不断下降，给系统在大功率缺额冲击下的频率稳定性与恢复能力带来风险。

为了有效应对上述风险，现有研究主要通过在风电机组的并网控制器中引入模拟同步机转子运动方程和一次调频等环节，使其具有同步发电机组的惯量、阻尼、调频和调压等并网运行外特性，从而提高风电机组的电网友好性。具体而言，目前研究主要集中于风电机组的惯量控制、超速控制、变桨控制及其组合控制。其中，惯量控制是风电机组运行过程中，通过改变机组转子侧变流器的电流给定，控制转子速度发生临时性变化情况下短时释放/吸收风电机组旋转质体所存储的部分动能，以快速响应系统频率的暂态变化，提供类似于传统机组的转动惯量，但持续时间非常短暂，无法提供持久的调频支持。超速控制是控制转子超速运行，使风机运行于非最大功率捕获状态的次优点，保留一部分的有功功率备用，用于一次频率调节，但仅适用于额定风速以下的运行工况。变桨距控制是通过控制风机的桨距角，改变桨叶的迎风角度与输入的机械能量，使其处于最大功率点之下的某一运行点，从而留出一定的备用容量，风况一定的情况下，桨距角越大，机组留有的有功备用也就越大，但受机械特性限制，响应速度较慢，并且频繁动作会影响机组寿命。

为了克服上述控制方法各自的应用缺陷，现有研究已开始关注多种控制方法的组合使用，以期形成优势互补，但主要集中于理论上的协调控制，并未对全风速段内的风电机组调频给出具体明确的说明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组全风速智能调频控制方法及其系统和风电场，该控制方法在降载备容运行和增功调频运行时充分考虑了变速调频和变桨调频的优势互补，通过有效的风速分区实现变速优先于变桨的有功调频控制，有助于提升风电机组的电网支撑能力，从而克服现有技术存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种风电机组全风速智能调频控制方法，对处于最大功率追踪状态下的风电机组通过降载运行提供功率备用，使其具备长期参与系统一次调频的能力；并通过基于超速限值的风速分区控制策略实现风电机组在全风速段内的精细控制，通过优先使用变速调频，当变速调频无法满足降载或增功需求时启动变桨调频。

进一步地，所述风速分区是将风电机组的全风速段分为变速调频风区[v_in,v_wd]，协同调频风区[v_wd,v_wm]和变桨调频风区[v_wm,v_out]，其中，v_in和v_out分别为风电机组的切入和切出风速；v_wd和v_wm分别为在风电机组正常运行时仅用变速调频即可实现d％降载的风速上限和进入恒转速区的风速下限；