一種直流并聯型風電場有功協調控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直流輸電技術領域，更具體涉及一種直流并聯型風電場有功協調控制 方法。
【背景技術】
[0002] 中國風電裝機容量快速增長，在"建設大基地，融入大電網"的發展戰略指導下， 風電場呈現出規模化發展的趨勢，單一風電場裝機容量由幾萬千瓦增長到幾十萬，甚至上 百萬千瓦。目前，中國西北、華北、東北等地區建成的或在建的風電基地一般都采用交流集 電、交流外送的方式完成風電基地的電力外送和消納。這些方式都存在電壓穩定性不高、配 套無功支撐量大、繼電保護非常復雜、新能源利用效率低下以及存在連鎖故障的風險大和 諧波污染嚴重等問題，尤其是在風電基地規模不斷擴大的情況下，上述問題尤為突出。而直 流匯集系統由于可以有效地解決交流匯集系統面臨的無功、保護等問題，被認為是一種很 具潛力的大型風電基地匯集方式。此外，在大規模風電集中并網的電力系統中，風力發電不 同于常規發電的靜態出力特性和動態響應特性，給電力系統供電的充裕性及運行的安全穩 定性帶來新的重大挑戰。各種儲能裝置由于具有對功率和能量的時間迀移能力，是改善常 規發電靜態出力特性及風力發電動態響應特性的有效手段。因此，含有儲能的直流風電場 可為未來大規模風能的開發和利用提供一種新的選擇。
[0003] 已有研究表明經過對交流風電場和直流風電場的損耗以及能量的生產成本等進 行比較后，可以看出在采用遠距離大容量風電場進行生產和傳輸時，采用HVDC傳輸的直流 風電場在成本、損耗和維護費用上要優于交流風電場。已有文獻對儲能系統應用于風電/ 光伏系統也進行了分析，研究表明儲能系統可有效調節風電/光伏系統的出力，降低由于 新能源的功率波動給電網造成的影響。已有研究對目前應用在風力發電中的儲能的類型進 行了較為全面的分析和比較，指明超級電容儲能可有效平抑風電功率在短時間尺度上的波 動。研究者們也對風電場的功率調度進行了相關研究，根據風電場中各個風電機組的風況 以及電網調度指令的要求對風電場內各個風電機組進行功率分配，可在一定程度上調節風 電場的出力。
[0004] 綜合以上對國內外研究現狀的分析可知，目前針對風電場的功率協調控制研究主 要集中在交流風電場，針對直流風電場的研究較少。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種直流并聯型風電場有功協調控制方法，綜合考慮電網需 求、風電機組運行狀態以及風電機組儲能系統的工作狀態，向各直流風電機組發送功率指 令，通過調節各發電機和儲能系統的輸出功率，使得風電場輸出的有功功率可在一定范圍 滿足電網的需求。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種直流并聯型風電場有功協調控 制方法，所述風場包括設有儲能系統的直流風電機組；所述方法包括：
[0007] 確定電網的有功調度指令，并獲取直流風電場內每臺風電機組的運行狀態，從而 確定風電機組的可利用最大有功功率；
[0008] 確定儲能系統的運行狀態，從而確定直流風電場的運行狀態；
[0009] 根據電網的有功需求和風電場最大有功功率確定需要調節的有功功率；
[0010] 所述需要調節的有功功率與儲能系統容量比較，確定各個儲能系統控制信號，并 確定是否需要調節直流風電機組的有功功率；并生成直流風電機組的有功功率控制信號， 完成有功功率控制。
[0011] 所述直流風電機組運行狀態包括直流風電機組的風速、有功輸出值、基于當前風 速的最大有功輸出值以及有功調節范圍。
[0012] 所述儲能系統工作狀態包括儲能系統可吸收的有功功率值和可發出的有功功率 值。
[0013] 根據查表法，利用最優轉速查出對應的風電機組可利用的最大有功功率P_ax，故 風電場可輸出的最大有功功率P_XS:
[0015] 其中，N表示并聯風電機組個數。
[0016] 根據測得的第i個風電機組的風速vwi確定對應的最優轉速ωicipt。
[0017] 為了滿足電網的有功需求Pd，PjP風電場最大有功功率P_x之間的差值P_d，需 通過風電場儲能系統吸收或補償的有功功率為：
[0018] PeSsd=Pemax_Pd°
[0019] 儲能系統的存儲能力取決于其容量(；@以及電壓V_1;在正常運行狀態下， (vinun，viniax)，其中，Vinun和V_x分別表示最小和最大運行電壓；儲能系統和風電機組 之間交換的最大功率hsslnax表示為：
[0020] Pessimax= 土CcapVessi |Vessi'|max
[0021] 其中，Ivessl' |_表示儲能系統最大電壓變化率，正號表示儲能系統補償風電機組 直流母線上不足的功率，負號表示儲能系統存儲直流母線上多余的功率，若風電機組接收 到的功率指令大于機側整流器輸出的功率，則p_iniaxs正值；若風電機組接收到的功率指 令小于機側整流器輸出的功率，則P_iniax為負值；儲能系統須工作在Vessie[Vinun，V_x]的 條件下，否則儲能系統將不能參與風電機組的功率調節。
[0022] 當P__確定之后，儲能系統和風電機組之間可交換的總最大功率為P
[0024] 當1^__滿足有功指令和風電場可用功率之間的差值P_d，S卩|P_d|彡|Ρ__|時， 各直流風電機組的功率指令表示為:
[0025] Pel*=Peimax-a! *Pessd
[0026] 其中，系數表示為：
[0027] ax=Pessinax ·Pessnax1
[0028] 且a!，a2,a3, · · ·，aN之和為 1。
[0029] 當I匕」> |P__|時，只調節儲能系統不能滿足風電場功率調度的需求，此時對 風電機組的發電功率進行調節；若P_d> 0,儲能系統吸收有功功率，此時所有發電機發出 的有功功率之和的參考值P3為：
[0030] Pe* =Pd+Pessmax
[0031] 各直流風電機組輸出的有功功率參考值：
[0032]Pel* =bA艦x_Pessinax
[0033] 其中，系數h表示為：
[0034] bx=Pe* ·Penax1
[0035] 各風電機組在收到風電場控制中心的功率指令后，控制機側整流器降低發電機的 出力，且控制風力機的變槳系統增大葉片的槳距角，減小風力機吸收的風能，降低風力機和 機側整流器之間的功率不平衡度。
[0036] 若P_d< 0,則電網所需的功率大于發電機和儲能系統所能提供的功率之和；此 時風電機組進彳丁最大風能追蹤，儲能系統向直流母線提供有功功率，且發電機和儲能系統 發出的功率之和不能超過直流風電機組DC/DC變換器的最大容量；電力系統調度機構進行 功率調度時，會結合風電的功率預測進行，考慮風電場在風速波動情況下的發電能力，避免 Pdl>U時，P_d<〇的情況出現；由于風電場采用直流集電系統并考慮到簡化控 制，故機側整流器的q軸電流參考值設為0。和最接近的現有技術比，本發明提供技術方案 具有以下優異效果
[0037] 1、本發明技術方案大大降低了風電場功率波動對電網的影響，；
[0038] 2、本發明技術方案為風電場運行提供技術支撐；
[0039] 3、本發明技術方案減少了棄風，實現了風能的高效利用；
[0040] 4、本發明技術方案保證電力系統供電的充裕性及運行的安全穩定性。
【附圖說明】
[0041 ] 圖1為本發明實施例的方法實現流程圖；
[0042] 圖2為本發明實施例的方法控制具體流程圖；
[0043] 圖3為本發明實施例的算例直流風電場示意圖；
[0044] 圖4為本發明實施例的1號風電機組風速變化曲線示意圖；
[0045] 圖5為本發明實施例的1號風電機組指令及功率變化曲線示意圖；
[0046] 圖6為本發明實施例的1號風電機組儲能系統充放電功率曲線示意圖；
[0047] 圖7為本發明實施例的電網調度指令與風電場輸出功率曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合實施例對發明作進一步的詳細說明。
[0049] 實施例1 :
[0050] 本例的發明提供一種直流并聯型風電場有功協調控制方法，所述風場包括設有儲 能系統的直流風電機組；所述方法包括如圖1所示：
[0051] (1)風電場有功控制中心確定電網有功調度指令，獲取各臺直流風電機組的運行 狀態，以及儲能系統的運行狀態，從而確定直流風電場的運行狀態。
[0052] (2)直流風電場有功控制中心分析儲能系統能否滿足電網有功調度指令要求，從 而確定直流風電機組的有功控制指令。保證各臺風電機組發出的功率按照指定的功率指令 變化，使整個風電場發出的功率滿足電網調度的要求。
[0053] 進一步，（1)中所述"直流風電機組運行狀態"，由于本發明中直流風電機組只是 參與功率調節，因此運行狀態是指當前直流風電機組的有功輸出和有功調節能力，例如直 流風電機組的風速、有功輸出值和基于當前風速的最大有功輸出值以及可能的有功調節范 圍。所述"儲能系統工作狀態"是指，儲能系統可吸收的有功功率值和可發出的有功功率值。 (2)中所述"儲能系統能否滿足電網有功調度指令要求"，是指電網調度部要求風電場降低 有功輸出時，儲能系統可吸收的有功功率值是否大于等于風電場輸出功率與電網有功調度 指令之差；電網調度部要求風電場提高有功輸出時，儲能系統可發出的有功功率值是否大 于等于電網有功調度指令與風電場輸出功率之差。
[0054] 該控制方法綜合考慮電網需求、風電機組運行狀態以及風電機組儲能系統的工作 狀態，向各直流風電機組發送功率指令，通過調節各發電機和儲能系統的輸出功率，使得風 電場輸出的有功功率可在一定范圍滿足電網的需求。含儲能系統的直流并聯型風電場有功 功率控制方法流程圖如附圖2所示，包括如下步驟：
[0055] (1)風電場有功控制中心確定電網有功調度指令，獲取各臺直流風電機組的運行 狀態，以及儲能系統的運行狀態，從而確定直流風電場的運行狀態。
[0056] 直流風電場有功協調控制方法需要綜合考慮電網調度指令以及各個風電機組的 運行狀態以及儲能系統的狀態，以生成各個風電機組和儲能系統的有功控制參考信號。本 發明為了更清楚的說明儲能系統的控制方法，以超級電容型儲能裝置為例進行描述和仿真 驗證。
[0057] 首先，控制方法需要分別確定電網調度指令Pd、第i個（i= 1，2, 3, . . .，N，N表示 并聯風電機組個數，下同）風電機組的風速vwl和超級電容器組的電壓。其次，根據測 得的風速vwi確定對應的最優轉速ωicipt。根據查表法，利用算出的最優轉速查出對應的風 電機