[发明专利]一种风电场惯量调频的方法

摘要

本发明公开了一种风电场惯量调频的方法，包括步骤：1)通讯获取风电场及风场中机组参数信息；2)判断风场是否具备一次调频的功能以及是否进入调频模式；3)检测每台风机的惯量调节能力，统计整个风场总惯量调节能力；4)计算风场惯量需求值；5)单台风机惯量分配；6)命令值下发输出。本发明主要是利用风机的惯量进行调频，可同时满足响应速度与能量可持续的双重要求。

主权项

1.一种风电场惯量调频的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通讯获取风电场及风场中机组参数信息，包括采集并网点的信息以及风机主控中的机组信息和用户设置的参数信息；2)判断风场是否具备一次调频的功能以及是否进入调频模式，具体如下：2.1)判断风场是否具备一次调频的功能，如果风场具备一次调频的功能，则执行步骤2.2)，否则全场所有风机惯量调节量命令值设置为0，即ΔPset(i)＝0，i∈(0，N‑1)，其中，ΔPset(i)表示下发给单机的惯量调节指令值，N表示全场风机的数量，(0，N‑1)为风机的编号，执行步骤6)，流程结束；2.2)如果风场具备一次调频的功能，则进行风场是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则输出全场所有风机ΔPset(i)＝0，i∈(0，N‑1)，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)，其中是否在死区范围内的判断方法如下：当f_low≤f_pcc≤f_up，频率在死区范围内；当f_pcc＜f_low或f_pcc＞f_up，频率在死区范围外，进入一次调频；其中，f_pcc为采集的风电场并网点频率值，f_low为频率死区下限值，f_high为频率死区上限值，具体根据当地调度要求进行设定；3)检测每台风机的惯量调节能力，统计整个风场总惯量调节能力，具体包括以下步骤：3.1)扫描所有风机，将发电机的转速值转换为叶轮的角速度值，转换公式如下：ω_mea(i)＝n_mea(i)/r_atio(i)*2*π/60,i∈(0,N‑1)ω_min(i)＝n_min(i)/r_atio(i)*2*π/60,i∈(0,N‑1)ω_max(i)＝n_max(i)/r_atio(i)*2*π/60,i∈(0,N‑1)其中，n_mea(i)为第i台风机的发电机实际转速值，通讯从主控获取；n_min(i)是第i台风机有功输出功率为20％额定功率时对应的发电机转速值，由机组型号及参数决定，通讯从主控获取；n_max(i)是第i台风机有功输出功率为额定功率时对应的发电机转速值，由机组型号及参数决定，通讯从主控获取；r_atio(i)为第i台风机的转速比，由机组型号及参数决定，通讯从主控获取；ω_mea(i)为根据n_mea(i)计算得到的叶轮实际角速度值，ω_min(i)为根据n_min(i)计算得到的叶轮角速度最小值，ω_max(i)为根据n_max(i)计算得到的叶轮角速度最大值；3.2)检测风场N台机组中第i台风机是否处于限电状态，其中N为大于0的自然数，i的初始值为0；3.3)如果确定第i台风机处于限电状态，则执行步骤3.4)，否则确定第i台风机的惯量调节能力为0，即ΔP_max(i)＝0、ΔP_min(i)＝0，其中ΔP_max(i)为第i台风机惯量调节能力上限值，ΔP_min(i)为第i台风机惯量调节能力下限值；3.4)检测第i台机组当前是否处于并网状态，如果确定第i台风机处于并网状态，则执行步骤3.5)，否则确定第i台风机的惯量调节能力为0，即ΔP_max(i)＝0、ΔP_min(i)＝0；3.5)检测第i台机组当前转速ω_mea(i)是否在ω_min(i)和ω_max(i)范围之间，如果确定第i台风机叶轮转速处于叶轮转速最小值和叶轮转速最大值之间，则执行步骤3.6)，否则确定第i台风机的惯量调节能力为0，即ΔP_max(i)＝0、ΔP_min(i)＝0；3.6)根据检测的第i台机组的叶轮角速度ω_mea(i)，叶轮角速度的最大值ω_max(i)和叶轮角速度的最小值ω_min(i)来确定第i台风机的惯量调节能力，其中，第i台风机的惯量调节能力计算方法如下：a)计算惯量调节能力的最大值ΔP′_max(i)式中，J(i)为第i台机组的风轮转动惯量，用户根据机组型号及参数设定；t(i)为惯量调节持续时间；ΔP′_max(i)为机组惯量调节能力的最大值；b)最大值ΔP′_max(i)与factor*PN(i)比较，取最小值，如下：ΔP_max(i)＝min(ΔP′_max(i),factor*PN(i))式中，factor为饱和系数，PN(i)为第i台机组的额定功率值，用户根据机组型号及参数进行设定；ΔP_max(i)为风机惯量调节能力上限值；c)计算惯量调节能力的最小值ΔP＇_min(i)ΔP＇_min(i)为机组惯量调节能力的最小值；d)最小值ΔP＇_min(i)与factor*PN(i)比较ΔP_min(i)＝sign(ΔP′_min(i))*min(fabs(ΔP′_min(i)),factor*PN(i))式中，sign为取符号函数，当ΔP′_min(i)≥0，sign(ΔP′_min(i))＝1，当ΔP′_min(i)＜0，sign(ΔP′_min(i))＝‑1；ΔP_min(i)为风机惯量调节能力下限值；3.7)如果i小于N，则返回步骤3.2)；如果i大于或等于N，则确定的所述N台风机的惯量能力相加，统计出全场风机惯量能力值，其中：风场惯量调节能力上限值为：式中，sum_ΔP max为整个风场惯量调节能力上限值；风场惯量调节能力下限值为：式中，sum_ΔP min为整个风场惯量调节能力下限值；4)计算风场惯量需求值，具体计算包括以下步骤：4.1)首先判断风场的当前并网点有功功率值是否超过20％的风场额定容量，如果确定超过20％则执行步骤4.2)，否则确定风场的惯量需求值为0，即ΔPfset＝0，其中ΔPfset为风场惯量需求值；4.2)计算采集的频率值与参考频率50Hz的偏差值，公式如下：Δf_n＝f_pcc‑50式中，f_pcc为采集的风电场并网点频率值，Δf_n为本计算周期采集频率值与参考频率50Hz的偏差值；4.3)计算频率偏差的变化率，公式如下：式中，Δf_n‑1为上个周期的频率偏差值；T_c为两次算法的时间间隔；K_df为控制系数值，用户根据当地调度进行设置；5)单台风机惯量分配，具体包括以下步骤：5.1)判断ΔPfset是否大于或等于100，如果确定大于或等于100，执行步骤5.2)，否则执行步骤5.4)；5.2)求取用于分配的惯量调节值，采用公式如下：ΔPmax＝min(sum_ΔP max,ΔPfset)5.3)扫描所有的风机，单机的惯量分配值为：5.4)判断ΔPfset是否小于或等于‑100，如果确定小于或等于‑100，执行步骤5.5)，否则执行步骤5.7)；5.5)求取用于分配的惯量调节值，采用公式如下：ΔPmin＝sign(ΔPfset)*min(fabs(sum_ΔP max),fabs(ΔPfset))5.6)扫描所有风机，单机的惯量分配值为：5.7)扫描所有风机，单机的惯量分配值为：ΔPset(i)＝06)将ΔPset(i)命令值下发输出至单台风电机组。