[发明专利]减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法

权利要求书

1.一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，包括：减载控制与调频控制两部分；

减载控制：计算风电机组减载率，从而将风速划分为多个风速区间，根据不同风速区间以及调频控制的部分结果对风电机组采用不同的减载控制策略；

调频控制包括：参数优化与频率控制；参数优化时，以风电机组的机械功率与实际增发的功率计算风电机组的转速和桨距角的参考值，从而实现桨距角控制；频率控制时，利用参数优化计算的转速的参考值及风电机组的实际增发的功率，实现风电机组输出功率控制，同时相应的控制结果还用于减载控制阶段；

其中，所述以风电机组的机械功率与实际增发的功率计算风电机组的转速和桨距角的参考值，从而实现桨距角控制包括：

根据调频期间风电机组输出功率的增量ΔP_ref计算实际增发的功率ΔP_act：

其中，P_reserve为风电机组的备用功率；

然后，根据风电机组的机械功率P_m和ΔP_act计算得到风电机组的转速和桨距角的参考值，即ω_ref和β_ref；

将ω_ref和β_ref作为桨距角控制单元的输入量，从而实现桨距角控制。

2.根据权利要求1所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，计算风电机组减载率的公式为：

其中，P_ref为风电场给出的有功功率参考值，P_opt为当前风速下可获得的最大有功功率，P_reserve为风电机组的备用功率。

3.根据权利要求1或2所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，根据减载率将风速由小到大分为三个区间，区间I[v_{in_cut},v₁]、区间Ⅱ[v₁,v₂]和区间Ⅲ[v₂,v_{out_cut}]；其中，v_{in_cut}是切入风速，v_{out_cut}是切出风速，v₁的大小由减载率确定，v₂的大小则由风电机组的参数确定。

4.根据权利要求3所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，区间I使用超速控制法，区间Ⅱ同时使用超速控制法和变桨控制法，区间Ⅲ使用变桨控制法。

5.根据权利要求1所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，参数优化的目标是期望获得最小的桨距角调节量，其目标函数为：

F(ω_ref,β_ref)＝min|β₀-β_ref|

其中，ω_ref为转速的参考值，β_ref为桨距角的参考值，β₀为桨距角的初始值。

6.根据权利要求1所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，利用参数优化计算的转速的参考值及风电机组的实际增发的功率，计算调频期间风电机组输出功率的增量，实现风电机组输出功率控制，所述调频期间风电机组输出功率的增量还用于减载控制阶段；

计算调频期间风电机组输出功率的增量的公式为：

其中，ΔP_reg为调频期间风电机组输出功率的增量，P_ref|_t＝0为初始输出功率，K为比例系数，ω为风电机组的转速，ω₀为风电机组的初始转速，t为调频时刻，ω(t)为调频时刻t时风电机组的转速，P_m为风电机组的机械功率，p_m(t)为调频时刻t时风电机组的机械功率，ω_ref为参数优化时计算的转速的参考值。

7.根据权利要求6所述的一种减载风电机组变速变桨协调优化频率控制方法，其特征在于，

参数K决定了调频初期输出功率的大小，参数优化时计算的转速的参考值ω_ref决定着机械功率的变化；这两个参数与风电机组初始运行状态和释放旋转动能的时间T_r相关，关系式为：

其中，H_w为风电机组的惯性常数，P_e为风电机组的电磁功率。