一種基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法與流程
2023-12-04 20:43:11 2
本發明屬於電力系統新能源發電技術領域，尤其涉及一種基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法。
背景技術：
高比例的風電接入給電網的功率平衡和頻率穩定帶來嚴峻的挑戰。由於主流的變速變槳距風力發電機組實現系統頻率和風機轉速的解耦控制，無法響應系統頻率變化，因此大規模的風電接入將會降低系統慣量水平，造成調頻能力降低。特別是風電場為低壓配電網絡供電時，風電場輸出功率隨機性的波動帶來的頻率問題更加突出，因此越來越多電網運行規範要求風電場像常規同步發電機組一樣提供輔助性的調頻措施。目前，適用於高比例風機接入網絡的調頻方法主要為風機的切機方法與下垂控制方法兩種。基於主導風電場的高頻切機方案無法避免切除機組與風機重新併網對電網造成的衝擊；而結合比例微分控制器的下垂控制，雖然能夠實現風機模擬慣性響應，但是過於依賴系統頻率的實時變化，因此調頻過程中風機輸出功率波動較大，缺乏可控性，同時下垂控制參數設計不易。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種適用於變速風電機組的風電場調頻控制方案，通過風電場減載運行留取電網旋轉備用，基於電網功率擾動大小作為響應參數合理選擇風電場進行緊急功率控制實現風電場調頻。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法，包括以下步驟：
步驟1、風電場減載運行並為電網提供調頻旋轉備用；
步驟2、風電場正常運行時，實時監測電網與風電場功率平衡與備用狀態；
步驟3、電網發生功率突變時，判斷是否觸發風電場調頻措施；
步驟4、依據風電場與擾動節點的電氣距離，選取參與調頻的風電場；
步驟5、計算風電場緊急功率支援容量；
步驟6、進行緊急功率控制。
在上述的基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法中，所述風機調頻控制方法的實現包括以下具體步驟：
步驟1.1，風電場減載運行，通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，減載運行後的棄風能作為調頻旋轉備用；
步驟2.1，實時監測電網運行狀態，包括電網內同步機組備用容量ssyn,res，各個併網風電場備用容量sn,res以及電網功率突變時系統功率偏差量pc；
步驟3.1，判斷觸發條件，當電網產生的功率擾動值大於閾值時，觸發風電場有功調頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發條件時閉鎖風電場調頻裝置；
步驟4.1，選擇調頻風電場，根據併網風電場與擾動節點的電氣距離，從小到大選取投入調頻的風電場，選取的風電場數量需滿足電網預期最大功率缺額pshort小於0，計算公式為：
pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)，
(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；
步驟5.1：計算緊急功率控制容量，根據各個風電場備用容量的比值來分配參與調頻的風電場緊急升功率容量，則單一風電場n緊急功率控制容量為：
(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；
步驟6.1：緊急功率控制，根據步驟4.1選取的調頻風電場以及步驟5.1計算的緊急功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1.1的逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統一次調頻過程。
在上述的基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法中，步驟1.1所述風電場減載控制包括通過增加轉速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調度指令值。
在上述的基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法中，步驟3.1所述觸發條件判斷包括電網功率缺額與功率過剩兩種，觸發閾值的選擇可以為電網內同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關係的數值。
在上述的基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法中，步驟5.1所述計算緊急功率控制容量，依據風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。
本發明的有益效果：
1.通過風電場減載運行將棄風能作為電網旋轉備用，提供風電場發電效益。
2.觸發條件判斷中，將系統備用容量總和作為觸發閾值，降低風電場調頻操作的靈敏度避免其頻繁觸發，降低設備損耗。
3.依據電氣距離選取參與調頻的風電場，降低長距離電功率傳輸的損耗。
4.將電網初始功率缺額量作為調頻控制參數，能夠快速將風電場功率輸出調整至理想值，調頻方案具有可控性和快速性的特點。
附圖說明
圖1為本發明一個實施例風機調頻控制流程圖；
圖2為本發明一個實施例中1、2、3、4號風電場接入三機九節點示意圖；
圖3為本發明一個實施例電網功率突變後，風機調頻控制方法與電網傳統一次調頻控制對比效果圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。
所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本發明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其它工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵之「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。
本發明的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語「相連」「連接"應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於相關領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
本實施例採用以下技術方案來實現，一種基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法，包括以下步驟：
步驟1、風電場減載運行並為電網提供調頻旋轉備用；
步驟2、風電場正常運行時，實時監測電網與風電場功率平衡與備用狀態；
步驟3、電網發生功率突變時，判斷是否觸發風電場調頻措施；
步驟4、依據風電場與擾動節點的電氣距離，選取參與調頻的風電場；
步驟5、計算風電場緊急功率支援容量；
步驟6、進行緊急功率控制。
進一步，所述風機調頻控制方法的實現包括以下具體步驟：
步驟1.1，風電場減載運行，通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，減載運行後的棄風能作為調頻旋轉備用；
步驟2.1，實時監測電網運行狀態，包括電網內同步機組備用容量ssyn,res，各個併網風電場備用容量sn,res以及電網功率突變時系統功率偏差量pc；
步驟3.1，判斷觸發條件，當電網產生的功率擾動值大於閾值時，觸發風電場有功調頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發條件時閉鎖風電場調頻裝置；
步驟4.1，選擇調頻風電場，根據併網風電場與擾動節點的電氣距離，從小到大選取投入調頻的風電場，選取的風電場數量需滿足電網預期最大功率缺額pshort小於0，計算公式為：
pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)，
(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；
步驟5.1：計算緊急功率控制容量，根據各個風電場備用容量的比值來分配參與調頻的風電場緊急升功率容量，則單一風電場n緊急功率控制容量為：
(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；
步驟6.1：緊急功率控制，根據步驟4.1選取的調頻風電場以及步驟5.1計算的緊急功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1.1的逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統一次調頻過程。
進一步，步驟1.1所述風電場減載控制包括通過增加轉速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調度指令值。
進一步，步驟3.1所述觸發條件判斷包括電網功率缺額與功率過剩兩種，觸發閾值的選擇可以為電網內同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關係的數值。
更進一步，步驟5.1所述計算緊急功率控制容量，依據風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。
具體實施時，為解決當前依賴系統頻率變化反饋的風電場下垂控制方案調頻過程缺乏可控性與快速性問題，在電網功率突變時，將電網功率擾動大小自身作為響應參數對風電場的緊急功率控制，從而提高高比例風電接入網絡的頻率穩定性。
本實施例提供適用於變速風電機組的風電場調頻控制方案。通過風電場減載運行留取電網旋轉備用，基於電網功率擾動大小作為響應參數合理選擇風電場進行緊急功率控制實現風電場調頻。
如圖1所示，基於功率擾動值響應的風機調頻控制方法，包括以下步驟：
s1，風電場減載運行:通過變速法和變槳法進行風電場減載控制，即通過增加轉速和增大槳距角來降低風機輸出功率至調度指令值，減載運行後的棄風能作為調頻旋轉備用；
s2，狀態監測：實時監測電網運行狀態，包括電網內同步機組備用容量ssyn,res，各個併網風電場備用容量sn,res以及電網功率突變時系統功率偏差量pc。
s3，觸發條件判斷：當電網產生的功率缺額大於同步發電機組備用有功容量的總和時，觸發風電場有功調頻操作，風電場提供緊急升功率控制，不滿足觸發條件時閉鎖風電場調頻裝置；觸發條件包括電網功率缺額與功率過剩兩種的情況，對於觸發閾值的選擇可以為電網內同步機組備用容量/可降出力總額，或是其比例關係的數值。
s4，選擇調頻風電場：依據風電場與擾動節點的電氣距離大小來選擇合適的風電場參與調頻；同時為了調頻快速性，使用電網初始擾動時刻最大功率缺額量來判斷投入風電場的容量。
依據併網風電場與擾動節點的電氣距離，從小到大選取投入調頻的風電場，選取的風電場數量需保證電網預期最大功率缺額pshort小於0，電網預期最大功率缺額計算公式為：
pshort＝pc-ssyn,res-∑sn,res(1)
(1)式中，ssyn,res為同步機組備用容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和；
s5：緊急功率控制容量計算：依據風電場備用容量的比值來確定不同風電場的緊急升/降功率支援容量。
依據各個風電場備用容量比值來分配參與調頻的風電場緊急升功率容量，則某單一風電場n緊急功率控制容量為：
(2)式中，pn,covero為單一風電場n緊急功率控制容量，sn,res為各個併網風電場備用容量，∑sn,res為投入風電場有效備用容量總和，pc為電網功率突變時系統功率偏差量，ssyn,res為同步機組備用容量；
s6：緊急功率控制：依據步驟4、5選取的調頻風電場以及相應的緊急升功率控制容量對風電場進行控制，通過步驟1逆過程來釋放風電場備用容量達到緊急功率支援，參與系統一次調頻過程。
實施例：某三機九節點系統接入1、2、3、4號風電場，併網示意圖如圖2所示，電網中負荷總量為325mw。負荷突增時風電場調頻控制方法包括以下步驟：
1、狀態監測。監測電網運行參數，得到電網同步發電機組備用容量總和為25mw，風電場備用容量與相關運行參數如表1，擾動時刻系統功率缺額35mw；
表1
2、觸發條件判斷。電網功率缺額大於電網內同步機組備用容量值，故本次功率擾動觸發風電場緊急功率控制；
3、選取調頻風電場。計算系統最大功率缺額為10mw，根據電氣距離從小到大選擇原則，則選取1與3號風電場參與調頻；
4、緊急功率控制容量計算。根據風電場備用容量比值來分配風電場緊急功率支援容量，如表2所示。
表2
5、緊急升功率控制。根據表2控制風電場輸出功率，實現風電場調頻，對比傳統同步機組一次調頻手段，效果如圖3所示。通過對圖3分析，可以得到對比傳統調頻手段，採用本實施例的風機調頻控制方法後系統的暫態頻率最大偏移從0.11hz減小為0.7hz，減小36.4％；此外風電場緊急功率控制操作能夠減小系統頻率波動時間與穩態頻率偏差值，即提高了系統擾動後頻率穩定性。
應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬於現有技術。
雖然以上結合附圖描述了本發明的具體實施方式，但是本領域普通技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本發明的原理和實質。本發明的範圍僅由所附權利要求書限定。