本發明屬于新能源發電并網,更具體地,涉及一種混合風電場的頻率支撐方法、裝置和控制系統。
背景技術:
1、以風電為代表的新能源具有清潔、可再生、運行和維護成本低等優勢。然而,隨著風電接入比例持續攀升,電網慣性等特性減弱,頻率事件導致大規模停電事故頻發。風電場提供頻率支撐對電力系統的頻率安全具有重要意義。
2、風電機組在工程中通常采用跟網型控制。但是跟網型風機在弱電網下不穩定。為了改善該問題,構網型風機被研究并顯著改善了弱電網下的穩定性。然而,構網型風機在強電網下的穩定性較差,而跟網型風機具有強穩定性。由于兩者具有互補的電網強度兼容性,因此構建同時包含跟網型和構網型風機的混合風電場能夠在寬電網強度下穩定運行。跟網型風機的頻率支撐是基于采集到的頻率作為輸入,以產生額外的有功功率附加到最大功率點跟蹤的參考值上。而構網型風機由有功同步環建立自己的頻率,具有獨立的頻率支撐能力。跟網型風機與構網型風機的頻率支撐機理與控制方式不同,因此混合風電場的最優頻率支撐難以實現。
3、現有風電場的頻率支撐研究僅討論了由單一跟網型或構網型風機所構成風電場的頻率支撐控制,其控制不能直接應用于混合風電場。其次,現有頻率支撐控制多為模仿同步發電機的慣性和調速器設計的,這導致無法利用風電機組靈活控制的最優支撐能力。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求,本發明提供了一種混合風電場的頻率支撐方法、裝置和控制系統,其目的在于,解決如何對包括跟網型風機和構網型風機的混合風電場進行靈活高效地頻率支撐的技術問題。
2、為實現上述目的,按照本發明的一個方面,提供了一種混合風電場的頻率支撐方法,包括:
3、s1:當混合風電場的并網點頻率超過死區閾值時生成啟動頻率支撐信號;所述混合風電場包括跟網型風機和構網型風機;
4、s2:當接收到所述頻率支撐信號時,按照風機類型獲取每個風機的功率交互因子;
5、s3:將各所述風機分別作為發送風機傳輸自身的功率交互因子給對應的接收風機,同時將各所述風機作為所述接收風機接收對應的多個所述發送風機傳輸的功率交互因子;
6、s4:利用各所述風機接收到的多個功率交互因子實時計算補償功率;
7、s5:將各所述風機的補償功率附加于自身的頻率支撐控制模型中的調節模塊以進行頻率支撐;所述頻率支撐控制模型包括:所述調節模塊和恢復模塊;所述跟網型風機的頻率支撐控制模型為跟網型最優頻率支撐控制模型,所述構網型風機的頻率支撐控制模型為構網型最優頻率支撐控制模型;
8、s6:當滿足模塊切換條件時,控制各所述風機由所述調節模塊進行頻率支撐切換至由所述恢復模塊進行頻率及轉速恢復。
9、在其中一個實施例中,所述s2包括:若當前風機為跟網型風機,則判斷所述跟網型風機的有功功率差值 p f,gfl是否大于變流器的容量最大值限制 pmax;若大于則將 p f,gfl- pmax作為所述當前風機的功率交互因子;若小于或等于則將所述當前風機的功率交互因子記為0。
10、在其中一個實施例中,所述s2包括:
11、若當前風機為構網型風機,則判斷所述構網型風機的有功功率差值 p f,gfm和最大功率跟蹤控制的有功功率初始值 pmppt0之和是否大于變流器的容量最大值限制 pmax;
12、若大于,則將 p f,gfm+ pmppt0- pmax作為所述當前風機的功率交互因子;若小于或等于,則將所述當前風機的功率交互因子記為0。
13、在其中一個實施例中,所述s4包括:將各個所述風機接收到的多個功率交互因子的均值作為補償功率。
14、在其中一個實施例中,所述s5包括:
15、若當前風機為跟網型風機,則將計算得到的所述補償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調節模塊的輸出,以獲取所述控制器內環的有功功率參考值;
16、若當前風機為構網型風機,則將計算得到的所述補償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調節模塊輸入,以獲取所述控制器內環的相角。
17、在其中一個實施例中,所述跟網型風機的調節模塊的傳遞函數為 γgfl,i(s)=-kwm,i+kwn,i/(1+stw,i);所述構網型風機的調節模塊的傳遞函數為 λgfm,i(s)=(1+stw,i)/(-kwm,itw,is-kwm,i+kwn,i);其中, kwm, i、 kwn, i、 tw, i均為當前風機的控制參數,i為當前風機的序號,s為拉普拉斯因子;
18、所述構網型風機的調節模塊的傳遞函數 λgfm,i(s)與所述跟網型風機的調節模塊的傳遞函數 γgfl,i(s)滿足對偶一致性條件: λgfm,i(s)=1/ γgfl,i(s)。
19、在其中一個實施例中,所述s5包括:所述構網型風機的恢復模塊的傳遞函數為 λgfm,i(s)=1/( ω0 js);其中, ω0為基準角頻率, j為慣性系數。
20、按照本發明的另一方面,提供了一種混合風電場的頻率支撐裝置,包括:
21、啟動模塊,用于當混合風電場的并網點頻率超過死區閾值時生成頻率支撐啟動信號;所述混合風電場為包括跟網型風機和構網型風機;
22、獲取模塊,用于當接收到頻率支撐啟動信號時,按照風機類型獲取每個風機的功率交互因子;
23、傳輸模塊,用于將各所述風機分別作為發送風機傳輸自身的功率交互因子給對應的接收風機,同時將各所述風機作為所述接收風機接收對應的多個所述發送風機傳輸的功率交互因子;
24、計算模塊,用于控制各所述風機利用接收到的多個功率交互因子計算補償功率;
25、支撐模塊,用于將各所述風機的補償功率附加于自身的頻率支撐控制模型中的調節模塊以進行頻率支撐;所述頻率支撐控制模型包括:所述調節模塊和恢復模塊;所述跟網型風機的頻率支撐控制模型為跟網型最優頻率支撐控制模型,所述構網型風機的頻率支撐控制模型為構網型最優頻率支撐控制模型;
26、恢復模塊,用于當滿足模塊切換條件時,控制各所述風機由所述調節模塊進行頻率支撐切換至由所述恢復模塊進行頻率及轉速恢復。
27、按照本發明的另一方面,提供了一種混合風電場的控制系統,包括存儲器和處理器,所述存儲器存儲有計算機程序,所述處理器執行所述計算機程序時實現上述的方法的步驟。
28、按照本發明的另一方面,提供了一種計算機可讀存儲介質,其上存儲有計算機程序,所述計算機程序被處理器執行時實現上述的方法的步驟。
29、總體而言,通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比,能夠取得下列有益效果:
30、(1)本方案提供一種混合風電場的頻率支撐方法,在頻率支撐過程中,首先按照風機類型獲取每個風機的功率交互因子,將各風機分別作為發送風機也作為所述接收風機收發功率交互因子;各風機利用接收到的多個功率交互因子實時計算補償功率,再按照風機類型將補償功率附加于各自的調節模塊中進行頻率支撐;當滿足模塊切換條件時,由調節模塊切換至恢復模塊從而進行頻率以及轉速恢復。本發明控制混合風電場中的各個風機進行風機間功率的協調分配,可以提升頻率支撐的效果和穩定性,最終實現混合風電場在寬電網強度范圍內的最優頻率支撐。
31、(2)本方案考慮當前風機為跟網型風機時,若有功功率差值 p f,gfl大于變流器的容量最大值限制 pmax則將 p f,gfl- pmax作為所述當前風機的功率交互因子,反之則將所述當前風機的功率交互因子記為0;該方式考慮跟網型風機預期輸出功率與實際因變流器容量限制的最優輸出功率,實現了將跟網型風機越限功率量化為功率交互因子,便于由其它風機補發。
32、(3)本方案考慮當前風機為構網型風機時,若有功功率差值 p f,gfm和最大功率跟蹤控制的有功功率初始值 pmppt0之和大于變流器的容量最大值限制 pmax則將 p f,gfm+ pmppt0- pmax作為所述當前風機的功率交互因子,反之則將所述當前風機的功率交互因子記為0;該方式考慮構網型風機預期輸出功率與實際因變流器容量限制的最優輸出功率,實現了將構網型風機越限功率量化為功率交互因子,便于由其它風機補發。
33、(4)本方案將各個所述風機接收到的多個功率交互因子的均值作為補償功率,舉例來說,當一個接收風機對應兩個發送風機,則補充功率δ p x, i=?( x k+ x j)/2,其中,δ p x, i為第 i臺風機的補償功率; x k和 x j為發送機組(第 k臺風機和第 j臺風機)向接收機組(第 i臺風機)發送的交互因子;該方式將多個風機的功率狀態進行交互,實現了高風速機組因風機的功率限制導致無法發出的支撐功率由其它風機補償,從而避免高風速情況下的頻率額外下降,提升了風電場整體的頻率支撐能力。
34、(5)本方案若當前風機為跟網型風機,則將計算得到的所述補償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調節模塊的輸出;若當前風機為構網型風機,則將計算得到的所述補償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調節模塊輸入;該方式依據跟網型與構網型風機控制結構的差異,分別實現了各類型風機的最優頻率支撐。
35、(6)本方案若當前風機為構網型風機,最優頻率支撐控制的調節模塊的傳遞函數為 λgfm,i(s)=(1+stw,i)/(-kwm,itw,is-kwm,i+kwn,i)。跟網型與構網型最優頻率支撐調節模塊的傳遞函數滿足對偶一致性條件為 λgfm,i(s)=1/ γgfl,i(s)?。其中, kwm, i、 kwn, i、 tw, i均為第 i臺風機的控制參數; λgfm,i(s)為跟網型風機調節模塊的傳遞函數,該方式通過設計構網型風機由功率偏差構建頻率的響應過程,實現了構網型風機按照優化獲得的最優頻率最低點響應曲線支撐頻率。
36、(7)本方案若當前風機為構網型風機,最優頻率支撐控制的恢復模塊的傳遞函數為 λgfm,i(s)=1/( ω0 js)。其中, ω0為基準角頻率, j為慣性系數。該方式避免了轉速恢復初期易導致的二次頻率跌落,使得頻率和轉速快速恢復,從而提升了風電場應對后續擾動的能力。