一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法与流程

本发明属于风电有功功率控制，更为具体地讲，涉及一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法。

背景技术：

1、风力发电发展迅速，风电并网容量与场站数目与日俱增。然而风电具有随机性和波动性，其自身不具备调频能力和惯性的特点，极大影响了系统频率稳定性和运行安全性。为了保证系统运行安全性和频率稳定性，各国纷纷出台了相关政策和指导意见，指出并网的风电场应具备一次调频能力。

2、风力发电机组通常采用最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)的运行模式，不具备调频有功备用。为了使风机具有调频有功备用，参与系统一次调频，可采用超速减载控制以及桨距角控制，使风机运行在偏离mppt点的减载运行模式下。为了使并网的风电场能够参与系统调频，除了部分风机运行在mppt模式以保证风能利用率，还需要一部分风机运行在减载模式下以预留调频有功功率。

3、在风电场层面，调频功率需求需要合理分配给各个机组。目前对于调频功率分配的研究主要采用平均分配，或基于风机容量大小的比例分配，或简单考虑风电机组的运行启停状态。然而，风场内风电机组所处风速不同，运行状态不同，所具有的调频能力不同，简单采用上述方法容易出现未充分利用风机调频能力，调频效果不佳等问题，存在一定的不足。此外，如何避免风机调频引起的桨距角动作频繁，以及避免机组频繁启停仍有待研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法，根据减载风机所处减载模式，以调频机组数量最少和避免风机桨距角频繁动作为目标，按照调频功率分配原则确定各个机组的调频有功指令，优化分配调频功率。

2、为实现上述发明目的，本发明一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、(1)、将风电机组运行状态分为mppt运行状态、超速减载运行状态、综合减载运行状态、停机备用状态、故障状态以及所处风速过小或过大的离网状态；

4、(2)、基于各个机组所处风速，计算各个风电机组的最大输出有功功率；

5、

6、其中，i＝1,2,…,n，n为风电机组数量，ρ为空气密度，r为风轮半径，vi为第i个风电机组所处风速，ω为风机转子转速，vω为风机最大转子转速对应的风速，vmin为风机切入风速，vmax为风机切出风速，cp为风能利用系数，β为风机桨距角，λ为叶尖速比；

7、(3)、根据各个风电机组所处风速大小，通过比较各个风电机组最大输出有功功率pimax和当前实时输出功率p0i判断各个风电机组当前所处的运行状态；

8、若p0i＝pimax，则第i个风电机组处于mppt运行状态；

9、若0＜p0i＜pimax，ωi≤ωmax，βi＝0，则第i个风电机组处于超速减载运行状态；

10、若0＜p0i＜pimax，ωi＝ωmax，βi＞0，则第i个风电机组处于综合减载运行状态；

11、若未启动风机，p0i＝0，vmin＜vi＜vmax，则第i个风电机组处于停机备用状态；

12、若已启动风机，p0i＝0，vmin＜vi＜vmax，则第i个风电机组处于故障状态；

13、若已启动风机，p0i＝0，vi≤vmin或vi≥vmax，则第i个风电机组处于风速过小或过大的离网状态；

14、(4)、风电场接收到调度中心下达的调频有功指令p，对比调频有功指令p与风电场实时输出有功功率p0，判断风电场下达指令为升功率指令或降功率指令，若p-p0＝δp＞0,，则风电场需要升功率；若p-p0＝δp＜0，则风电场需要降功率；

15、(5)、基于机组运行状态和最大输出有功功率计算各个风电机组调频能力；

16、(5.1)、当风电场需进行升功率时，计算各个风电机组调频能力；

17、(5.1.1)、处于mppt运行状态的风电机组不具备向上调频功率，调频能力为0；

18、(5.1.2)、处于超速减载运行状态的风电机组具备向上调频功率，调频能力为：

19、

20、风电机组可分担的最大调频功率δp1为：

21、

22、其中，i1＝1,2,…,n1，n1为处于超速减载运行状态的风电机组数量；

23、(5.1.3)、处于综合减载运行状态的风电机组具备向上调频功率，调频能力为：

24、

25、风电机组可分担的最大调频功率δp2为：

26、

27、其中，i2＝1,2,…,n2，n2为处于综合减载运行状态的风电机组数量；

28、(5.1.4)、处于停机备用状态的风电机组并不具备调频功率，但若启动该状态的风电机组也能使其参与调频，且调频能力为：

29、

30、风电机组可分担的最大调频功率δp3为：

31、

32、其中，i3＝1,2,…,n3，n3为处于停机备用状态的风电机组数量；

33、(5.1.5)、处于故障状态、风速过小或过大的离网状态的机组不具备向上调频功率，调频能力为0；

34、(5.2)、当风电场需进行降功率时，计算各个风电机组调频能力；

35、(5.2.1)、处于mppt运行状态的风电机组具备向下调频功率；

36、(5.2.1.1)、当风电机组转速未达到ωmax时，使其转速达到ωmax处参与调频，且调频能力为：

37、

38、风电机组可分担的最大调频功率δp4为：

39、

40、其中，i4＝1,2,…,n4，n4为处于mppt状态的风电机组数量，为在转速上限点处第i4个风电机组输出有功功率；

41、(5.2.1.2)、当风电机组转速达到ωmax，桨距角未达到最大值βmax时，增大桨距角使其达到βmax处参与调频，调频能力为：

42、

43、风电机组可分担的最大调频功率为：

44、

45、其中，为在桨距角上限点处第i4个风电机组输出有功功率；

46、(5.2.2)、处于超速减载运行状态的机组具备向下调频功率；

47、(5.2.2.1)、风电机组转速未达到ωmax，使其转速达到ωmax处参与调频，且调频能力为：

48、

49、风电机组可分担的最大调频功率δp5为：

50、

51、其中，i5＝1,2,…,n5，n5为处于超速减载运行状态的风电机组数量，为在超速上限点处第i5个风电机组输出有功功率；

52、(5.2.2.2)、风电机组转速达到ωmax，增大桨距角使其达到βmax处参与调频，且调频能力为：

53、

54、风电机组可分担的最大调频功率为：

55、

56、其中，为在桨距角上限点处第i5个风电机组输出有功功率；

57、(5.2.3)、处于综合减载运行状态的风电机组具备向下调频功率；

58、增大桨距角使其达到βmax处参与调频，且调频能力为：

59、

60、机组可分担的最大调频功率δp6为：

61、

62、其中，i6＝1,2,…,n6，n6为处于综合减载运行状态的风电机组数量，为在桨距角上限点处第i6个风电机组输出有功功率；

63、(5.2.4)、处于停机备用状态、故障状态、风速过小或过大的离网状态的机组不具备向下调频功率，调频能力均为0；

64、(6)、设置调频功率分配原则，主要包括两点：(a)根据各台风机调频能力大小分配，调频能力越大优先级越高；(b)超速减载运行状态下的机组调频优先级高于综合减载运行状态下的机组，综合减载运行状态下的机组调频优先级高于停机备用状态下的机组；

65、(7)、根据各个风电机组调频能力，以调频机组数量最少和避免风机桨距角频繁动作为目标，根据调频功率分配原则向风电机组分配调频功率；

66、(7.1)、当风电场需进行升功率时，向风电机组分配调频功率；

67、(7.1.1)、若δp＜δp1，则依据分配原则(b)，将所有处于超速减载运行状态的风电机组参与调频：依据序列和分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率δpj1,j1＝1,2,…k,k≤n1，直至满足调频功率需求；

68、(7.1.2)、若δp1≤δp＜δp1+δp2，则依据分配原则(b)，将所有处于超速减载运行状态的风电机组都参与调频，且处于综合减载运行状态的风电机组也参与调频：先向所有处于超速减载运行状态的风电机组分配调频功率并依据序列和分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率直至满足调频功率需求；

69、(7.1.3)、若δp1+δp2≤δp＜δp1+δp2+δp3，则依据分配原则(b)，将所有处于超速减载运行状态和综合减载运行状态的风电机组都参与调频，且需要启动停机备用机组：先向所有处于超速减载运行状态的风电机组分配调频功率再向综合减载运行状态的风电机组分配调频功率剩余的调频功率依据序列和分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率直至满足调频功率需求；

70、(7.2)、当风电场需进行降功率时，向风电机组分配调频功率；

71、(7.2.1)、若|δp|＜|δp4+δp5|，则依据分配原则(b)，对和序列共同从大到小排序，依据分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率直至满足调频功率需求；

72、(7.2.2)、若则依据分配原则(b)，将所有处于mppt运行状态和超速减载运行状态的风电机组都参与调频，且此时需要的风电机组增大桨距角参与调频：先向所有处于mppt运行状态和超速减载运行状态的风电机组分配调频功率然后对和序列共同从大到小排序，依据分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率直至满足调频功率需求；

73、(7.2.3)、若则依据分配原则(b)，将所有处于mppt运行状态和超速减载运行状态的风电机组都参与调频，且综合减载运行状态的风电机组也参与调频：先向所有处于mppt运行状态和超速减载运行状态的风电机组分配调频功率再对序列从大到小排序，依据分配原则(a)，依次向调频能力由大到小的对应风电机组分配调频功率直至满足调频功率需求；

74、(8)、根据上述分配的调频功率，下达调频功率指令给相应的调频风电机组，完成风电场调频功率分配。

75、本发明的发明目的是这样实现的：

76、本发明一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法，基于各个机组所处风速，计算各个风电机组的最大输出有功功率；再根据各个风电机组所处风速大小，通过比较各个风电机组最大输出有功功率和当前实时输出功率判断各个风电机组当前所处的运行状态；然后基于风电机组运行状态和最大可发功率计算各个机组调频能力，最后根据各个风电机组调频能力，以调频机组数量最少和避免风机桨距角频繁动作为目标，根据调频功率分配原则向风电机组分配调频功率。

77、同时，本发明一种考虑风机减载模式的风电场调频功率分配方法还具有以下有益效果：

78、(1)、本发明考虑了机组的运行状态和当前最大输出有功功率对机组调频能力的影响，使风电场调频功率分配更佳合理有效，有利于保障机组运行安全并提高风电场调频能力；

79、(2)、本发明考虑到机组频繁启停和桨距角频繁动作不利于风电场经济性和安全性，以调频机组数量最少和避免风机桨距角频繁动作为目标，制定的更佳合理的调频功率分配原则，优化分配调频功率，进一步提高了风能利用率、风电场经济性和安全性，以及系统频率质量。