CN107561437B - 一种风电机组一次调频测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组一次调频测试方法，所述方法包括如下步骤：(1)将频率发生装置连接于风电场升压变压器与风电机组升压变压器之间；(2)根据频率变化测试点来调节所述频率发生装置，对被测风电机组进行测试，采集被测风电机组中各采集点的测试数据；(3)综合所有测试数据的结果进行判断分析，得出被测风电机组的一次调频能力。本发明考虑了风电机组不同运行模式及工况，可如实反映风电机组在实现一次调频能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种一次调频测试方法，具体涉及一种风电机组一次调频测试方法。
背景技术
近年来我国风力发电发展势头迅猛，风电装机每年翻番，大规模并网风电机组的运行对电网及用户的影响也日趋重要。随着风电装机容量的不断增大和风力发电技术的快速发展，风电场与电力***间的相互作用的程度进一步加深、范围进一步扩大。风电并网给我们带来经济效益的同时也给电网的运行带来一些负面影响。在风电并网比重较大的电力***中，由于风电场输出功率具有不完全可控性和预期性，在一定程度上对电网的有功功率平衡、频率稳定产生了不利影响。当风电并网运行时，特别是独立运行的小电网，电网建设相对薄弱，电网有功功率调节能力较小，风电并网带来的电网频率稳定性问题更加明显。
为此，当***频率发生变化时，风电机组若可以为电网提供快速有效的频率响应支持，能像常规发电厂一样提供辅助***，那么大规模风电机组接入电网，势必会替代部分常规同步发电机组。
一次调频是指机组并网运行时，受外界负荷变动影响，电网频率发生变化，这时，机组的调节***参与调节作用，改变机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡。同时，还尽力减少电网频率的变化，这一过程即为一次调频。
为了快速有效地调节***不平衡所产生的***频率变化，必须使风电机组具备类似于同步发电机组的频率响应及调频控制能力，这时风电机组的一次调频能力变得至关重要。通常要求常规发电机组为风电机组提供一定的旋转备用，从而抑制风电功率的波动。但随着风电容量的增大，备用容量也随之增大，若仅靠常规发电机组来提供旋转备用，必将大大增加***的成本，且依然无法实现风电机组参与***调频的目的。
因此，在没有任何的附加储能***时，可考虑利用风电机组自身的有功功率控制来调节其有功出力，从而与***中的同步电机一起参与***的调频过程，提升***整体的调频能力。为保障大规模风电接入后参与电力***调频控制，保障负载端用户的供电质量及用电设备的安全，亟需开展风电机组一次调频能力测试，但目前在风电领域，还没有开展风电机组一次调频能力测试的案例，也没有相应的测试方法提出。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电机组一次调频测试方法。本发明考虑了风电机组不同运行模式及工况，可如实反映风电机组在实现一次调频能力。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种风电机组一次调频测试方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将频率发生装置连接于风电场升压变压器与风电机组升压变压器之间；
(2)根据频率变化测试点来调节所述频率发生装置，对被测风电机组进行测试，采集被测风电机组中各采集点的测试数据；
(3)综合所有测试数据的结果进行判断分析，得出被测风电机组的一次调频能力。
优选的，所述步骤(1)中，所述风电机组升压变压器与被测风电机组连接，所述风电场升压变压器与电网相连。
优选的，所述步骤(2)中，所述频率变化测试点从低频调频到高频调频，所述低频调频的频率依次包括：48Hz、48.5Hz、49Hz和49.5Hz，所述高频调频依次包括50.5Hz、51Hz和51.5Hz，每个频率持续时间都为10s。
优选的，所述被测风电机组的测试包括空载测试和负载测试。
优选的，所述空载测试包括低频调频测试和高频调频测试，所述空载测试包括如下步骤：
步骤2-I、在风电机组与电网断开的情况下，调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
步骤2-II、在所述频率变化测试点的频率持续10s后，若为低频调频测试则经过最多1s时间升至50Hz，若为高频调频测试则经过最多1s时间降至50Hz；
步骤2-III、记录空载调整时频率实测值曲线和对应的调整参数。
优选的，所述负载测试包括功率备用模式测试和转子动能模式测试。
优选的，所述功率备用模式测试包括如下步骤：
步骤2-1-1、调整所述被测风电机组运行模式至功率备用模式，风电机组正常运行，允许风电机组的输出有功功率为大于90％额定输出功率或小于50％额定输出功率；
步骤2-1-2、采集所述被测风电机组在功率备用模式下的运行数据；
步骤2-1-3、进行低频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线；
步骤2-1-4、进行高频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线。
优选的，所述转子动能模式测试包括如下步骤：
步骤2-2-1、调整所述被测风电机组运行模式至转子动能模式，风电机组根据实时风速正常运行，不对风电机组限制功率运行；
步骤2-2-2、采集所述被测风电机组在转子动能模式下的运行数据；
步骤2-2-3、进行低频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线；
步骤2-2-4、进行高频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线。
优选的，所述步骤(2)中，所述采集点包括：风电机组箱变高压侧三相电流、三相电压，风电机组箱变低压侧三相电流、三相电压，频率发生装置出口处三相电流、三相电压，机舱风速，发电机转速，桨距角和风电机组并网开关信号，还包括：风电机组定子侧三相电流，变流器电网侧三相电流，变流器风机侧三相电流、三相电压，变流器直流母线电压。
优选的，所述步骤(3)中，所述判断分析的方法包括：
风电机组运行模式若为功率备用模式，包括如下步骤：
步骤3-1-1、判断是否进入功率备用模式，若桨距角发生变化，则进入功率备用模式；
步骤3-1-2、根据箱变高压侧频率频率变化的相应时间和箱变高压侧有功功率的功率变化，得出风电机组的功率——频率曲线；
风电机组运行模式若为转子动能模式，包括如下步骤：
步骤3-2-1、判断是否进入转子动能模式，若桨距角未发生变化，且发电机转速升高，则进入转子动能模式；
步骤3-2-2、根据箱变高压侧频率和箱变高压侧有功功率，得出风电机组的功率——频率曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明首次提出风电机组一次调频能力测试，并根据风电机组的运行和控制特性，提出相应的测试方法，考虑了风电机组不同运行模式及工况，可如实反映风电机组在实现一次调频能力，整个测试过程均在实际并网运行的风电机组进行，测试点在风电机组箱变高压侧，更加真实的反映风电机组一次调频能力。
附图说明
图1是本发明提供的风电机组一次调频能力测试原理图，
图2是本发明提供的风电机组一次调频能力测试采集点示意图，
图3是本发明提供的测试频率曲线，
图4是本发明提供的低频调频测试示例曲线，
图5是本发明提供的高频调频测试示例曲线，
图6是本发明提供的风电机组的功率—频率示例曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为风电机组一次调频能力测试原理图。将频率发生装置连接于风电场升压变压器与风电机组升压变压器之间，通过调节频率发生装置，改变***频率，通过检测风电机组并网点三相电流、三相电压及桨距角，发电机转速等信号，综合所有测试数据结果，即可检测被测风电机组的一次调频能力。
被测风电机组应已并网运行1-3个月时间；为更真实的模拟一次调频能力现象，测试应选择在风电机组箱变高压侧进行，且频率发生装置连接点处的短路容量应大于被测风电机组额定容量的3倍。
测量采集点选择可以准确反映风电机组在整个一次调频能力测试期间的输出特性，包括：风电机组箱变高、低压侧三相电压、三相电流；频率发生装置出口处三相电压、三相电流；为判断风电机组运行状态，还需要测量风电机组的桨距角，发电机转速，机舱风速，风电机组并网开关信号；另外，可增加其他测量采集点，包括风电机组定子侧三相电流，变流器电网侧三相电流，变流器风机侧三相电流、三相电压，变流器直流母线电压。测试采集点示意图如附图2所示，采集点如表1所示。对于采集设备，应满足IEC 61400-21标准要求，采样率至少为2kHz。
表1 采集点
根据风电机组的运行模式，选择不同的运行工况，测试其一次调频能力运行特性。测试项目的选取需考虑风电机组实现一次调频的方法，实时工况，测试项目如表2所示。功率备用模式测试时风电机组可通过变桨控制等方式限功率进行；转子动能模式测试时不可以通过变桨控制等方式限功率进行。
每个测试项目根据频率变化曲线，见附图3，分别进行测试，测试点见表3。通过对测试风电机组进行一系列测试，考察风电机组的一次调频能力，包括频率变化时有功功率的响应时间，持续时间，功率—频率曲线等。
表2 测试项目
表3 频率变化测试点
测试在风电机组箱变高压侧进行。测试主要包括空载测试及负载测试，空载测试为确定频率变化的幅值，持续时间等参数。
1、空载测试：
低频调频测试：依据表3中的测试点，在风电机组与电网断开的情况下，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，示例图如附图4。记录空载时调整时频率实测值曲线和对应的调整参数。
高频调频测试：依据表3中的测试点，在风电机组与电网断开的情况下，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，示例图如附图5。记录空载时调整时频率实测值曲线和对应的调整参数。
2、负载测试
(1)功率备用模式测试：
1)调整风电机组运行模式至功率备用模式，风电机组正常运行，允许风电机组限功率至表2中输出有功功率的范围。
2)采集风电机组在功率备用模式下的运行数据，并记录如表4。
表4 风电机组在功率备用模式下的运行数据
| 运行状态 | 10min平均风速 | 10min平均桨距角 | 10min平均输出功率 |
| 功率备用模式 |
3)低频调频测试：依据表3中的测试点，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，示例图如附图4。记录测试结果如表5，同时记录在不同频率测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角，发电机转速波形曲线。
表5 低频调频测试测试结果
4)高频调频测试：依据表3中的测试点，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，示例图如附图5。记录空载时调整时频率实测值曲线和对应的调整参数。记录测试结果如表6，同时记录在不同频率测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角，发电机转速波形曲线。
表6 低频调频测试测试结果
(2)转子动能模式测试：
1)调整风电机组运行模式至转子动能模式，风电机组应根据实时风速正常运行，不允许风电机组限功率运行。
2)采集风电机组在转子动能模式下的运行数据，并记录如表7。
表7 风电机组在功率备用模式下的运行数据
| 运行状态 | 10min平均风速 | 10min平均桨距角 | 10min平均发电机转速 | 10min平均输出功率 |
| 转子动能模式 |
3)低频调频测试：依据表3中的测试点，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，示例图如附图4。记录测试结果如表8，同时记录在不同频率测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角，发电机转速波形曲线。
表8 低频调频测试测试结果
4)高频调频测试：依据表3中的测试点，调节测试装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至测试点频率，在测试点频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，示例图如附图5。记录空载时调整时频率实测值曲线和对应的调整参数。记录测试结果如表9，同时记录在不同频率测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角，发电机转速波形曲线。
表9 低频调频测试测试结果
根据负载测试结果，可得到风电机组在不同运行模式下的一次调频能力，并最终给出风电机组的功率—频率曲线，曲线示例如附图6，判断变量如表10所示。
表10 一次调频能力功能测试
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种风电机组一次调频测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将频率发生装置连接于风电场升压变压器与风电机组升压变压器之间；
(2)根据频率变化测试点来调节所述频率发生装置，对被测风电机组进行测试，采集被测风电机组中各采集点的测试数据；
(3)综合所有测试数据的结果进行判断分析，得出被测风电机组的一次调频能力；
所述步骤(2)中，所述被测风电机组的测试包括空载测试和负载测试；
所述空载测试包括低频调频测试和高频调频测试，所述空载测试包括如下步骤：
步骤2-I、在风电机组与电网断开的情况下，调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
步骤2-II、在所述频率变化测试点的频率持续10s后，若为低频调频测试则经过最多1s时间升至50Hz，若为高频调频测试则经过最多1s时间降至50Hz；
步骤2-III、记录空载调整时频率实测值曲线和对应的调整参数；
所述负载测试包括功率备用模式测试和转子动能模式测试；
所述功率备用模式测试包括如下步骤：
步骤2-1-1、调整所述被测风电机组运行模式至功率备用模式，风电机组正常运行，允许风电机组的输出有功功率为大于90％额定输出功率或小于50％额定输出功率；
步骤2-1-2、采集所述被测风电机组在功率备用模式下的运行数据；
步骤2-1-3、进行低频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线；
步骤2-1-4、进行高频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线；
所述转子动能模式测试包括如下步骤：
步骤2-2-1、调整所述被测风电机组运行模式至转子动能模式，风电机组根据实时风速正常运行，不对风电机组限制功率运行；
步骤2-2-2、采集所述被测风电机组在转子动能模式下的运行数据；
步骤2-2-3、进行低频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间升至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线；
步骤2-2-4、进行高频调频测试；
调节所述频率发生装置输出频率从50Hz通过最多1s时间至所述频率变化测试点的频率；
在所述频率变化测试点的频率持续10s后，再经过最多1s时间降至50Hz，同时记录在不同频率变化测试点测试时的电网频率，电网电压，风速，风电机组输出有功功率，桨距角和发电机转速波形曲线。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述风电机组升压变压器与被测风电机组连接，所述风电场升压变压器与电网相连。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述频率变化测试点从低频调频到高频调频，所述低频调频的频率依次包括：48Hz、48.5Hz、49Hz和49.5Hz，所述高频调频依次包括50.5Hz、51Hz和51.5Hz，每个频率持续时间都为10s。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述采集点包括：风电机组箱变高压侧三相电流、三相电压，风电机组箱变低压侧三相电流、三相电压，频率发生装置出口处三相电流、三相电压，机舱风速，发电机转速，桨距角和风电机组并网开关信号，还包括：风电机组定子侧三相电流，变流器电网侧三相电流，变流器风机侧三相电流、三相电压，变流器直流母线电压。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述判断分析的方法包括：
风电机组运行模式若为功率备用模式，包括如下步骤：
步骤3-1-1、判断是否进入功率备用模式，若桨距角发生变化，则进入功率备用模式；
步骤3-1-2、根据箱变高压侧频率变化的相应时间和箱变高压侧有功功率的功率变化，得出风电机组的功率——频率曲线；
风电机组运行模式若为转子动能模式，包括如下步骤：
步骤3-2-1、判断是否进入转子动能模式，若桨距角未发生变化，且发电机转速升高，则进入转子动能模式；
步骤3-2-2、根据箱变高压侧频率和箱变高压侧有功功率，得出风电机组的功率——频率曲线。
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