參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的雙饋風電機組運行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，是一種參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的雙饋風電機組運行控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)頻率是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標，電力系統(tǒng)功率供需不平衡導致系 統(tǒng)頻率大幅波動，風電功率大幅波動或發(fā)電機組功率脫落易誘發(fā)系統(tǒng)頻率越限，對電力系 統(tǒng)穩(wěn)定運行造成嚴重影響，與同步發(fā)電機組不同，雙饋感應風電機組受四象限變流器控制 運行于最大功率跟蹤（MaximumPowerPointTracking,MPPT)模式下，實現(xiàn)了系統(tǒng)頻率與 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的解耦，且其本身對系統(tǒng)慣性無貢獻，無法向上調(diào)節(jié)功率，不具備響應系統(tǒng)頻率變 化的能力，因此高風電滲透率電網(wǎng)調(diào)頻問題愈加突出。
[0003] 針對風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻的需求，通常使用風電機組減載（DeloadingPower PointTracking，DPPT)調(diào)頻控制策略，即放棄最大風功率跟蹤以換取長時間功率支撐，但 目前常用變速與變槳協(xié)調(diào)控制的減載控制策略并未具體給出不同風速下風電機組具體最 大減載能力，即未能明確不同風速下風電機組所能預留的備用容量，導致在需要風電機組 參與調(diào)頻時不能獲得最優(yōu)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種科學合理，適用性強的參與電力系統(tǒng)調(diào) 頻的雙饋風電機組運行控制方法，通過超速法和變槳法協(xié)調(diào)控制策略調(diào)節(jié)風力機捕獲風 能，降低風電機組出力，儲存有功備用，通過分析不同工況下所能獲得的最佳減載程度，可 依據(jù)風電廠實時風況分別優(yōu)化配置各風電機組調(diào)頻任務。
[0005] 解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的雙饋風電機組運行 控制方法，其特征是，它包括以下內(nèi)容：
[0006] 1)不同風速下風電機組減載策略及能力的確立
[0007] 風電機組減載能力與風速密切相關(guān)，在不同運行工況下差別很大：風速較低時，其 有功出力有限，用于調(diào)頻的備用容量很??；風速較高時，轉(zhuǎn)速已達額定值，過分利用轉(zhuǎn)子動 能易導致轉(zhuǎn)速越限，影響風機運行穩(wěn)定性，因此不同運行工況下減載物理約束及減載方法 有所差別；
[0008] 低工況下減載運行原則為改變轉(zhuǎn)速后，運行于最大風功率跟蹤模式下的雙饋感應 風力發(fā)電機組（DFIG)可向左或向右移動至次優(yōu)運行點，其中左側(cè)為不穩(wěn)定運行點，因此， 減載通過超速法，所說的超速法通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過最大功率追蹤運行模式下的最優(yōu)轉(zhuǎn) 速，降低風電機組有功出力，儲存有功備用獲得；
[0009] 中、高風速下，受轉(zhuǎn)速極限限制，僅憑加速無法滿足調(diào)頻需求，此時風力機槳距角 增大，向下調(diào)節(jié)減小風功率，減載需通過超速法與變槳法，所說的變槳法通過調(diào)節(jié)槳距角增 大或減少風電機組有功輸出，實現(xiàn)故障時對電網(wǎng)頻率的有功支撐，協(xié)調(diào)控制獲得；
[0010] 2)最大減載運行時調(diào)頻能力的確立
[0011] 雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)正常運行時，發(fā)電機受四象限變流器控制追蹤輸 出功率參考值運行于最大功率追蹤（MPPT)模式下，因此，若降低輸出功率參考值大小，有 功輸出即可追蹤其參考值而變化，實現(xiàn)減載運行，穩(wěn)定減載運行的風電機組面對系統(tǒng)頻率 波動時，便有充足有功功率備用響應系統(tǒng)頻率變化；
[0012] 頻率控制器動作后，轉(zhuǎn)速下降，迅速釋放動能，同時槳距角參考值變化，觸發(fā)槳距 角控制器再次動作，槳距角下降，電磁功率增大，電磁功率增大的同時，為維持轉(zhuǎn)子運動方 程，機械功率沿風功率曲線逐漸上升，最終達到功率平衡；
[0013] 下垂控制調(diào)頻效果等同于同步發(fā)電機依靠調(diào)速器作用的一次調(diào)頻，即成比例的有 差調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)過程作用時間短，動作速度快，在風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻控制中廣泛采用。
【附圖說明】
[0014] 圖1為低風速減載原則示意圖；
[0015] 圖2為中、高風速下減載原則示意圖；
[0016] 圖3為風力機最大功率追蹤（MPPT)與減載（DPPT)運行模式下曲線示意 圖；
[0017] 圖4為同步發(fā)電機組下垂控制特性曲線示意圖；
[0018] 圖5為超速法控制策略不意圖；
[0019] 圖6為變槳法控制策略示意圖；
[0020] 圖7為低風速下雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)減載運行仿真曲線示意圖；
[0021] 圖8為中風速下雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)減載運行仿真曲線示意圖；
[0022] 圖9為高風速下雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)減載運行仿真曲線示意圖；
[0023] 圖10為不同APb下槳距角動作情況示意圖（低風速下）；
[0024] 圖11為不同APb下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速示意圖（低風速下）；
[0025] 圖12為不同APb下電磁功率示意圖（低風速下）；
[0026] 圖13為不同APb下槳距角動作示意圖（中風速下）；
[0027] 圖14為不同APb下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速示意圖（中風速下）；
[0028] 圖15為不同APb下電磁功率示意圖（中風速下）；
[0029] 圖16為在ΔΡ^大時仿真結(jié)果示意圖（中風速下）；
[0030] 圖17為在八匕過大時仿真結(jié)果示意圖（高風速下）；
[0031] 圖18為相同減載與最大減載容量對比示意圖（風速8m/s);
[0032] 圖19為相同減載與最大減載容量對比示意圖（風速llm/s);
[0033] 圖20為系統(tǒng)頻率跌落時風電機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果示意圖；
[0034] 圖21為系統(tǒng)頻率跌落時風電機組電磁功率仿真結(jié)果示意圖；
[0035] 圖22為下垂控制作用下功率控制環(huán)節(jié)示意圖；
[0036] 圖23為減載調(diào)頻綜合控制策略不意圖；
[0037] 圖24為不同風速下最大減載程度曲線圖；
[0038] 圖25為不同風速下減載前后功率曲線圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面利用附圖和實施例對本發(fā)明的雙饋感應風力發(fā)電機組不同工況下減載能力 分析作進一步說明。
[0040] 本發(fā)明的一種參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的雙饋風電機組運行控制方法，包括以下內(nèi)容：
[0041] 1)不同風速下風電機組減載策略及能力的確立
[0042] 風電機組減載能力與風速密切相關(guān)，在不同運行工況下差別很大：風速較低時，其 有功出力有限，用于調(diào)頻的備用容量很??；風速較高時，轉(zhuǎn)速已達額定值，過分利用轉(zhuǎn)子動 能易導致轉(zhuǎn)速越限，影響風機運行穩(wěn)定性，因此不同運行工況下減載物理約束及減載方法 有所差別；
[0043] 低工況下減載運行原則為改變轉(zhuǎn)速后，運行于最大風功率跟蹤模式下的雙饋感應 風力發(fā)電機組（DFIG)可向左或向右移動至次優(yōu)運行點，其中左側(cè)為不穩(wěn)定運行點，低風速 下的運行原則如圖1所示，因此，減載通過超速法，所說的超速法通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過最 大功率追蹤運行模式下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，降低風電機組有功出力，儲存有功備用獲得；
[0044] 中、高風速下，受轉(zhuǎn)速極限限制，僅憑加速無法滿足調(diào)頻需求，此時風力機槳距角 增大，向下調(diào)節(jié)減小風功率，減載需通過超速法與變槳法，中、高風速下的運行原則如圖2 所示，所說的變槳法通過調(diào)節(jié)槳距角增大或減少風電機組有功輸出，實現(xiàn)故障時對電網(wǎng)頻 率的有功支撐，協(xié)調(diào)控制獲得；
[0045] 2)最大減載運行時調(diào)頻能力的確立
[0046] 雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)正常運行時，發(fā)電機受四象限變流器控制追蹤輸 出功率參考值運行于最大功率追蹤（MPPT)模式下，因此，若降低輸出功率參考值大小，有 功輸出即可追蹤其參考值而變化，實現(xiàn)減載運行，穩(wěn)定減載運行的風電機組面對系統(tǒng)頻率 波動時，便有充足有功功率備用響應系統(tǒng)頻率變化；
[0047] 頻率控制器動作后，轉(zhuǎn)速下降，迅速釋放動能，同時槳距角參考值變化，觸發(fā)槳距 角控制器再次動作，槳距角下降，電磁功率增大，電磁功率增大的同時，為維持轉(zhuǎn)子運動方 程，機械功率沿風功率曲線逐漸上升，最終達到功率平衡；
[0048] 下垂控制調(diào)頻效果等同于同步發(fā)電機依靠調(diào)速器作用的一次調(diào)頻，即成比例的有 差調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)過程作用時間短，動作速度快，在風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻控制中廣泛采用。
[0049] 本具體實例基于PSCAD建立850kW雙饋感應風力發(fā)電系統(tǒng)驗證所提出控制策略有 效性，仿真結(jié)果中功率、轉(zhuǎn)速皆為標么值，選取風電機組基本容量為基準值，轉(zhuǎn)速極限值為 1. 27 (ρ·u.) 〇
[0050] 雙饋感應風力發(fā)電機組（DFIG)正常運行時，發(fā)電機受四象限變流器控制追蹤輸 出功率參考值運行于最大功率追蹤（MPPT)模式下，因此，若