[发明专利]一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法

说明书

本发明涉及一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法，包括以下步骤：获取适应于综合惯性控制的风电机组分群指标；基于所述风电机组分群指标，利用风电场多机等值方法对风电机组进行动态分群；建立模糊自适应综合惯性控制器；基于所述模糊自适应综合惯性控制器，实现风电场分群综合惯性控制。本发明以调频能力为依据划分风电场机群，通过聚类算法对机组进行动态等值建模，同时结合模糊自适应综合惯性控制环。通过三种控制策略的仿真案例验证了本策略在进行惯性控制时具备更好的调频效果与控制精度。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，具体涉及一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法。

背景技术

随着风电产业的蓬勃发展，电网风电渗透率的持续升高增加了电网的调频压力。因此，各地区电网迫切需要风电场参与系统频率调节。目前风电参与系统频率调节主要有两种方式：有功减载备用控制和综合惯性控制。前者需要控制风机长期处于减载模式以预留频率调节的有功备用容量，但是长期的减载模式运行无疑会导致风机的利用效率大幅降低。综合惯性控制通过提取风机转子动能以提供功率支撑，不必预留调频容量经济性好，同时以其结构简单、响应速度快等优势而著称。

大规模风电场进行仿真分析或控制系统的设计需要以风电场等值模型为基础。风电场等值模型通常分为单机等值模型和多机等值模型。目前有现有技术假定风电场内风机风速一致，通过小信号分析推导建立了风电低阶频率响应模型，利用加权平均的方法将风电场内风机等值为一台大容量风机。还有现有技术研究将风电场内所有风机运行状况视为一致，通过其容量的累加得到风电场单机等值模型。但对于大规模风电场而言，由于尾流效应的影响风电场内部风速空间分布极为不均，各风机运行状况相差甚大。此时，风电场单机等值模型就会产生较大误差，不能作为综合惯性控制系统设计的基础模型。而多机等值模型以进一步研究所侧重的某些机组运行特性作为分群原则，能够描述机组之间这些运行特性的差异，更为贴近实际情况。还有现有技术采用故障稳态电压以及转差率等状态变量作为风电场分群指标，其建立的风电场多机等值模型主要适应于在系统侧故障工况。还有现有技术研究风电机组短路后转子电流与端电压之间的关系，提出以Crowbar保护动作情况为机组分群指标建立风电场等值模型。但风电机组进行综合惯性控制属于电力系统有功-频率调整的范畴，不涉及暂态过程。因此以上现有技术提出的故障稳态电压和转差率以及Crowbar保护动作情况等分群指标不适合作为其机组分群指标。目前有现有技术根据桨距角动作情况将风电机组分群，适用于高风速区间桨距角有差异的情况。但在中低风速区间桨距角保持为零时，此方法无法分辨机组区别。且综合惯性控制通过提取风电机组有效动能对外释放有功功率，该过程与风机桨距角动作情况并无联系。所以进行分群综合惯性控制时，不适合沿用上述现有技术所提指标。有必要提出一种能够体现风机进行综合惯性控制时特性和能力的分群指标，建立适应于该场景的风电场多机等值模型，以便于风电场更好的进行综合惯性控制。

针对上述情况，本发明提出一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法，本方法提出以具备相近调频能力为机组分群原则，定义一种新的适应于综合惯性控制的风电机组分群指标，利用K-means聚类算法对机组进行动态分群。综合惯性控制环建立以系统频率偏差量、系统频率变化率为输入，惯性控制比例系数、惯性控制微分系数为输出的模糊自适应综合惯性控制器；进而实现风电场分群综合惯性控制。仿真结果表明，提出的策略是有效的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑尾流效应的风电场分群综合惯性控制方法，包括以下步骤：

获取适应于综合惯性控制的风电机组分群指标；

基于所述风电机组分群指标，利用风电场多机等值方法对风电机组进行动态分群；

建立模糊自适应综合惯性控制器；

基于所述模糊自适应综合惯性控制器，实现风电场分群综合惯性控制。