[发明专利]一种基于风机集群的多时空分层综合调频控制系统

说明书

本发明提出的基于风机集群的多时空分层综合调频控制系统，首先，可以实现根据不同风速下风机运行状态不同，对不同风速下的风机采用不同调频方式和参与时序；其次，针对风速对风机调频控制的影响，建立了考虑风电场尾流效应的集群方法，可以使每个集群中机组数量均衡分配，提升了风电场整体调频效果，避免了频率二次波动问题；最后，考虑到风速的随机性，采用MPC每分钟滚动优化风电场集群，确保了风电场最佳调频能力和调频准确性。

技术领域

本发明涉及电网调频技术领域，具体涉及一种基于风机集群的多时空分层综合调频控制系统。

背景技术

随着大规模风电场并网，系统侧对风电场调频提出了明确要求。如西方部分风电高渗透国家明确指出并网风电场应该和常规发电机组一样具备调频能力。根据我国国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》指出：风电场应符合DL/T1040标准，具备参与电力系统调频的能力。

随着国内外众多学者对并网风电场调频控制策略的深入研究，其控制策略不断完善。常见的单机控制策略有：利用风机转子动能作为系统惯性的虚拟惯量控制。通过偏移最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)，而预留有功备用的超速和浆距角控制、下垂控制、组合控制和风储协调控制等。然而，在低风速时，由于转子转速较低，虚拟惯量支撑能力有限。且在惯量结束后，大量风机同时进入转速恢复状态，容易导致系统频率二次跌落。而超速和浆距角控制使风机偏移MPPT，不仅增大了机械磨损，而且降低了风电场经济性。综上，尽管上述控制策略在单机控制方面已取得良好的控制效果，但在风电场内多时空尺度相结合控制的过程中，依然存在部分问题需要解决。

在实际大型风电场中，风机分布数公里乃至数十公里，所有风机不可能处于同一风速下，而风机调频特性受风速影响明显。因此，不可能对所有风机采用同种调频控制策略，而若采用单机控制，则增加了控制复杂度。因此，应考虑不同风速下风机在时空上的相互作用，通过协调控制以优化风电场整体调频效果。现有技术中己经提出了的根据风机所处风速对风电场内风机进行分组调频控制的思想，但没有考虑到在某一风速下可能集聚大量风机的情况，致使该分组策略还不够完善。有研究提出了改进的风机优化分组策略，并通过对风机进行降级处理，使每组风机数量均衡。解决了大量风机集中于某一风速下的问题，也避免了风机退出调频时，对系统造成频率二次波动。但分组仅考虑风速因素，且采用固定分组方式，未考虑风电场尾流效应和风速随机性，这大大降低了分组准确性。

然而，大型风电场中，上游风机会影响下游风机风速的现象称为尾流效应，这种影响是由上游风机与风向角度θ和风机的地理位置决定。以风机地理位置为分组因素，对相同工况下的风机进行聚类优化，则可充分考虑风电场尾流效应的影响；可在考虑尾流效应的情况下，提出优化目标函数，研究风电场对系统频率调节的贡献。但上述方法缺乏对风机运行状态、风速预测等信息的综合考虑。

近年来，模型预测控制(model predictive control，MPC)理论因其具有在线滚动优化、误差校正和反馈控制环节，正逐渐应用于风电场调频控制研究中。一些学者在研究建立了风电场参与一次调频、二次调频及三次调频3个层次的多时空尺度协调控制策略。也有学者从风电场场站层、风电场分群和单机3个层次上，在空间和时间尺度上逐层将滚动优化，提出风电集群综合频率控制策略。但现阶段研究将风电场尾流效应和风速预测信息结合，应用到风电场滚动集群的研究还不多。同时，对风电场采用多种控制方式，将分层控制思想和时序控制思想相结合的研究目前还不完善。

针对上述问题，为进一步完善风电场参与系统调频的理论研究。本申请旨在提出一种考虑风电场尾流效应和风速随机性的风电场集群方法和多时空尺度的分层控制策略。

发明内容