一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法与流程

本发明涉及风机深度调频，尤其涉及一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法。

背景技术：

1、风电机组在许多大型设置都会应用到，风电机组的调频能力与其实时运行状态有关，风速的随机性与波动性难以保证风电机组具有持久可靠的频率响应能力，不利于系统频率稳定。因此，在风电场有配置储能时，由于储能设备的灵活充放电的特性，风电场运营商可协调控制风电机组与储能设备来参与电力系统的一次调频，从而保证电力系统的频率稳定性。

2、现有的风－储协调控制方法依然无法解决分布式控制方法难以保证风场整体频率特性的问题以及集中式控制依赖于风机预测精度和控制实时性无法满足调频需求的问题。而且，现有控制方法均针对风机输出功率与储能功率进行优化，在系统频率预测不准确时也难以得到合理的控制结果。由于集中式mpc滚动校正的时间尺度较长，风机状态的预测误差对最终的控制结果有很大影响。此外，线性化的风机的暂态公式也会使mpc得到的结果不完全精确。

3、在实际电力系统中，电网频率的变化对于用户、发电厂机组和电力系统本身都会产生不良的影响，频率变化过大甚至会使整个电力系统瓦解。针对电网的高频事故，传统风力发电的下垂曲线控制方法虽然对风机的整体控制影响小，可实现连续调节，但其反应较慢，性能指标难以满足电网要求。

4、各类形式的风电机组并网换流器采用独立于电网的功率调节方式，造成转子转速与系统频率不存在耦合关系，风机转动惯量为零，大规模风电接入将会明显减弱系统的调频能力。风电主动参与系统频率调整是风电大规模并网后为保证电力系统安全稳定运行的必然选择。当前为了简化计算分析，风机的控制在建模时大多考虑风速恒定时的运行方式，而实际临界振荡风速是随风速波动而不断改变的。在不同的运行风速下，不同的调频控制策略在频率稳定性和输出功率振荡方面表现不同。针对风机运行状态对不同控制的调频特性不同影响，根据临界振荡风速选择适当的调频控制器，有利于提高风机系统的调频能力和稳定性。因此，提供一种基于临界振荡风速的双馈风机多模式自适应调频控制方法十分有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，它通过变速变桨协调的基础来实现对风机的深度调频控制，能够有效保障风电机组的安全性能，通过检测系统运行状态，以实际运行风速和临界振荡风速的大小关系为依据，在虚拟同步发电机控制和下垂控制之间合理切换，在避免系统振荡失稳、充分保证系统稳定的前提下，提升风机系统的惯性响应和功率支撑能力，在维持风电场高效率且安全运行的前提下，快速变负荷，保证源荷平衡，提升风力发电调频响应的迅速性、连续性和稳定性，进而提升电力系统运行的安全性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据风机最大功率时的冷凝温度的检测值确认其对应的估算值，基于所述估算值与所述检测值的差值进行温度修正，根据修正后的冷凝温度值确认目标频率；基于所述目标频率与风机的实际频率的差值，确定对应的调频速率，按照所述调频速率将风机的实际频率调整至所述目标频率的步骤；2)将风电场中风电机组的运行负荷和运行效率分别按照升序进行排列，并从所述排列中顺序选取出若干个所述风电机组设置为解列备选机组的步骤；3)判断是否有被重复设置成所述低负荷机组和所述低效率机组的风电机组，若有，则将被重复设置的风电机组从所述低效率机组中去除，并从所述第二序列中顺序选取第三数量的风电机组，作为低效率机组的步骤；4)单风轮控制级进行前风轮和后风轮的变桨控制时，前风轮叶片桨距角由前风轮变桨系统传感器反馈信号获得，后风轮叶片桨距角由后风轮变桨系统传感器反馈信号获得；单风轮控制级进行前风轮和后风轮的变速控制时，前风轮转速由双转子发电机外转子转速反馈信号获得，后风轮转速由双转子发电机内转子反馈信号获得的步骤；5)单风轮控制级通过调节变流器电流，来调节前风轮和后风轮各自的转速，进而通过双风轮功率的调节，使串列式双风轮风电机组的整体出力最大，运行区间划分是根据前后风轮高效区所对应的风速段，以机组高效区最宽为目标，划分前后风轮的运行区间，运行区间划分时，后风轮的启动风速、额定风速和停机风速高于前风轮。

4、进一步的，主动共振穿越是通过控制前后风轮的转速，主动快速穿越共振区，出力协同是通过改变前后风轮的转速、桨距角，达到功率最高、载荷最低的控制目标。

5、进一步的，在遇到极端风况或停机风速时，两风轮协调控制级通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩，前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮功率曲线具有冗余度。

6、进一步的，中、高风速下，受转速极限限制，仅凭加速无法满足调频需求，此时风力机桨距角增大，向下调节减小风功率，减载需通过超速法与变桨法，所说的变桨法通过调节桨距角增大或减少风电机组有功输出，实现故障时对电网频率的有功支撑，协调控制获得。本发明的有益效果：

7、本发明通过变速变桨协调的基础来实现对风机的深度调频控制，能够有效保障风电机组的安全性能，通过检测系统运行状态，以实际运行风速和临界振荡风速的大小关系为依据，在虚拟同步发电机控制和下垂控制之间合理切换，在避免系统振荡失稳、充分保证系统稳定的前提下，提升风机系统的惯性响应和功率支撑能力，在维持风电场高效率且安全运行的前提下，快速变负荷，保证源荷平衡，提升风力发电调频响应的迅速性、连续性和稳定性，进而提升电力系统运行的安全性能。

技术特征：

1.一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据风机最大功率时的冷凝温度的检测值确认其对应的估算值，基于所述估算值与所述检测值的差值进行温度修正，根据修正后的冷凝温度值确认目标频率；基于所述目标频率与风机的实际频率的差值，确定对应的调频速率，按照所述调频速率将风机的实际频率调整至所述目标频率的步骤；2)将风电场中风电机组的运行负荷和运行效率分别按照升序进行排列，并从所述排列中顺序选取出若干个所述风电机组设置为解列备选机组的步骤；3)判断是否有被重复设置成所述低负荷机组和所述低效率机组的风电机组，若有，则将被重复设置的风电机组从所述低效率机组中去除，并从所述第二序列中顺序选取第三数量的风电机组，作为低效率机组的步骤；4)单风轮控制级进行前风轮和后风轮的变桨控制时，前风轮叶片桨距角由前风轮变桨系统传感器反馈信号获得，后风轮叶片桨距角由后风轮变桨系统传感器反馈信号获得；单风轮控制级进行前风轮和后风轮的变速控制时，前风轮转速由双转子发电机外转子转速反馈信号获得，后风轮转速由双转子发电机内转子反馈信号获得的步骤；5)单风轮控制级通过调节变流器电流，来调节前风轮和后风轮各自的转速，进而通过双风轮功率的调节，使串列式双风轮风电机组的整体出力最大，运行区间划分是根据前后风轮高效区所对应的风速段，以机组高效区最宽为目标，划分前后风轮的运行区间，运行区间划分时，后风轮的启动风速、额定风速和停机风速高于前风轮。

2.根据权利要求1所述的一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，其特征在于：主动共振穿越是通过控制前后风轮的转速，主动快速穿越共振区，出力协同是通过改变前后风轮的转速、桨距角，达到功率最高、载荷最低的控制目标。

3.根据权利要求1所述的一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，其特征在于：在遇到极端风况或停机风速时，两风轮协调控制级通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩，前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮功率曲线具有冗余度。

4.根据权利要求1所述的一种基于变速-变桨协调的风机深度调频控制方法，其特征在于：中、高风速下，受转速极限限制，仅凭加速无法满足调频需求，此时风力机桨距角增大，向下调节减小风功率，减载需通过超速法与变桨法，所说的变桨法通过调节桨距角增大或减少风电机组有功输出，实现故障时对电网频率的有功支撑，协调控制获得。

技术总结本发明涉及风机深度调频技术领域，尤其涉及基于变速‑变桨协调的风机深度调频控制方法。本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：1)根据风机最大功率时的冷凝温度的检测值确认其对应的估算值，基于所述估算值与所述检测值的差值进行温度修正，根据修正后的冷凝温度值确认目标频率；基于所述目标频率与风机的实际频率的差值，确定对应的调频速率，按照所述调频速率将风机的实际频率调整至所述目标频率；2)将风电场中风电机组的运行负荷和运行效率分别按照升序进行排列。本发明的优点是：在维持风电场高效率且安全运行的前提下，快速变负荷，保证源荷平衡，提升风力发电调频响应的迅速性、连续性和稳定性，进而提升电力系统运行的安全性能。技术研发人员：马兆明受保护的技术使用者：江苏蔚风能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18