基於風電場功率控制的風力發電一次調頻功能實現方法與流程

2023-06-25 05:35:56 3

本發明風電技術領域，特別涉及一種實現風力發電一次調頻功能的技術方法。

背景技術：

目前，國內風電機組基本均不具備一次調頻功能，對於集中式併網發電的風力發電場也沒有一次調頻能力。從目前國內公開的技術資料來看，風力發電一次調頻功能的實現方法基本有兩種：一種是通過風電機組及其控制系統的技術改造，使得風電機組具備一次調頻功能。改造對象重點在於風電機組，實現一次調頻的控制量也主要是風電場內各風電機組的有功功率。該控制技術上尚處於科研、試驗階段，多尚未投入實際應用。另一種方法是通過在風電場增設虛擬同步機以及儲能設備實現風電場一次調頻功能。兩種方法，其技術難度和所需費用都很高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種基於風電場功率控制的風力發電一次調頻功能實現方法，以解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

基於風電場功率控制的風力發電一次調頻功能實現方法，其特徵在於，包括：在併網運行集中接入的風電場的有功功率控制裝置中，增加風電場功率的下垂頻率調節控制策略；並實時監測併網運行集中接入的風電場頻率f，當電網頻率f超過設定的一次調頻死區後根據控制策略計算一次調頻動作後風電場功率給定目標值p1，有功功率控制裝置將新的功率給定目標值p1重新分配至各風力發電機組，風力發電機組根據指令調節各自出力，實現風電場整體的一次調頻功能。

進一步的，一次調頻動作後風電場功率給定目標值p1的確定方法具體為：

(1)當50+db-≤f≤50+db+時，p1＝pc；

(2)當fmin≤f＜50+db-時，

(3)當50+db+＜f≤fmax時，

(4)當f＜fmin時，

(5)當f＞fmax時，

式中：f—電網頻率；fmax—一次調頻頻率最大值；fmin—一次調頻頻率最小值；

db+—一次調頻正向死區；db-—一次調頻負向死區；ep—調差率；

p1—一次調頻動作後風電場功率目標值；pc——agc設定值或一次調頻前實發功率；pe—風電場額定功率。

進一步的，有功功率控制裝置為agc調節裝置或者能量管理平臺。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明針對目前併網運行風電機組和風電場基本均不具備一次調頻功能的狀況，通過在風電場agc控制裝置或風電場其他有功功率控制平臺上，增加風電場功率的下垂頻率調節控制策略，(下垂控制調頻效果等同於同步發電機依靠調速器作用的一次調頻，即成比例的有差調節)，實現風電場的一次調頻功能。本發明不要求風電場內的風電機組具備一次調頻能力，無需對已投入運行的風電機組進行技術改造，也無需另外增加控制設備，即可實現整個風電場的一次調頻功能。與針對風電機組逐個進行技術改造，實現風電機組及風電場一次調頻功能的方法相比，工作量、技術難度、所需費用均大大降低。雖然一次調頻調節能力、調節品質有可能不及後者，但通過相關技術改進，本發明方法實現的風電場一次調頻功能仍可以滿足電網對於一次調頻性能的基本需要。

本發明不必要求風電場內的單颱風電機組具備一次調頻能力，直接通過風電場功率控制的手段，使得整個風電場具備類似同步發電機依靠調速器作用產生的一次調頻效果。

附圖說明

圖1為風電一次調頻下垂頻率調節控制圖；

圖2為典型風電場功率調節控制方式一示意圖；

圖3為典型風電場功率調節控制方式二示意圖；

圖4為風電場一次調頻調節過程示意圖。

具體實施方式

目前，併網運行集中接入的風電場，基本均配備有agc調節裝置或類似的有功功率控制裝置，具備按照調度有功功率指令值進行agc調節的能力。

在此類有功功率控制裝置中，通過增加風電場功率的下垂頻率調節控制策略，(下垂控制調頻效果等同於同步發電機依靠調速器作用的一次調頻，即成比例的有差調節)，實現風電場的一次調頻功能。

本發明一種基於風電場功率控制的風力發電一次調頻功能實現方法，包括：在併網運行集中接入的風電場的有功功率控制裝置中，增加風電場功率的下垂頻率調節控制策略；並實時監測併網運行集中接入的風電場頻率f，當電網頻率f超過設定的一次調頻死區後根據控制策略計算一次調頻動作後風電場功率給定目標值p1，有功功率控制裝置將新的功率目標值重新分配至各風力發電機組，風力發電機組根據指令調節各自出力，實現風電場整體的一次調頻功能。

一次調頻動作後風電場功率給定目標值p1的確定：

(1)當50+db-≤f≤50+db+，風電場agc或有功控制裝置功率目標值p1＝pc；

(2)當fmin≤f＜50+db-，風電場agc或有功控制裝置功率目標值

(3)當50+db+＜f≤fmax，風電場agc或有功控制裝置功率目標值

(4)當f＜fmin，風電場agc或有功控制裝置功率目標值

(5)當f＞fmax，風電場agc或有功控制裝置功率目標值

式中：f—電網頻率；fmax—一次調頻頻率最大值；fmin—一次調頻頻率最小值；

db+—一次調頻正向死區；db-—一次調頻負向死區；ep—調差率；

p1—一次調頻動作後風電場功率目標值；pc——agc設定值或一次調頻前實發功率；pe—風電場額定功率。(上述fmax、fmin、db+、db-、ep等一次調頻相關參數值根據所在地區電力管理部門要求設定)。

本發明將風電場一次調頻頻率下垂控制策略增加到場站agc控制系統或者能量管理平臺(或其它有功控制系統)上，當電網頻率超過設定的一次調頻死區後根據控制策略計算一次調頻動作後風電場功率給定目標值p1，能量管理平臺(或其它有功控制系統)將新的功率目標值重新分配至各風力發電機組，風力發電機組根據指令調節各自出力，實現風電場整體的一次調頻功能。圖4為輸入階躍變化的頻率擾動信號，風電場功率目標功率p1以及風電場功率調節示意圖。