CN110880795B - 基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法及***，包括：稳态情况下，风电机组减载运行，通过改变减载运行系数预留有功备用；***负荷突然增加后，频率跌落越过限值，风电机组切换到频率控制模式，频率控制过程中，实际转速逐渐下降并最终与风电机组输出功率为风电机组参与调频后稳态输出功率所对应的转速相等；风电机组最终转速低于MPPT点的转速。本发明充分考虑了风电机组旋转动能和机械功率的关系，以适当降低部分机械功率为前提，发掘转子动能的利用潜力，整体提升风机调频功率增量。

Description

基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法及***
技术领域
本发明涉及风电调频控制技术领域，尤其涉及一种基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
风力发电是目前新能源开发技术最成熟、最具有规模化商业开发前景的发电方式，也是世界上发展最快的新能源。然而，越来越多风电场的建立，对电力***的可控性和稳定性提出了新的挑战。大型风电场一般采用变速风电机组，通过电力电子设备并入电网，这就导致了风电机组转子与***频率的解耦。同时，为消纳风电，同步发电机的并网容量进一步减少，降低了***的有效惯量。当出现功率缺额时，***的惯量响应和一次调频能力不足，容易出现较大的频率偏差，不利于***运行的安全性和稳定性。因此，风电机组应当具备向电力***提供频率支撑的能力，以满足建设电网友好型风电场的需求。
通常情况下，变速风电机组运行在最大功率跟踪(maximum power pointtracking，MPPT)模式。当***频率发生跌落时，通过附加的控制结构，改变机组转子侧变流器的电流给定，控制转子减速释放部分旋转动能，使风电机组具备类似传统同步机的惯性响应和一次调频能力。然而，风电机组的旋转动能是有限的，仅能够提供短时的频率支撑，且容易在减速过程中触发转速下限保护而退出调频[11]。在风电机组转速恢复的过程中会吸收部分能量，***频率可能出现二次跌落。
为了改善风电机组的调频性能，可以通过超速控制使风机减载，预留一定的备用容量参与***频率调节。虽然减载运行牺牲了风电机组的部分功率，但合理地减载可以避免***频率偏差过大，有利于电网的稳定运行。文献[14]通过协调优化转速和桨距角控制最大化旋转动能储备，确保风机在各风速段下都能够预留充足的有功备用。
现有技术公开的减载调频控制策略中，风电机组均在参与频率响应后停留在MPPT运行点，并保持该模式运行。
传统的控制策略中，风电机组参与频率响应后运行在最大功率输出状态，然而此时的风电机组仍具有较大的转子动能，存在进一步减速提供更多功率增量的可能。
理论上，超速减载的风电机组在频率控制过程中，增发功率由两部分构成，一部分来自风电机组捕获的机械功率增量，另一部分来自转子动能的释放。传统的控制策略都是令风电机组减速运行到MPPT点，以获得最大的机械功率增量。然而，如果进一步降低转速，则可释放更多的旋转动能。虽然这将牺牲部分机械功率增量，但仍有可能最大化利用转子动能，并总体提升风机调频的增加功率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法及***，充分考虑了风电机组旋转动能和机械功率的关系，以适当降低部分机械功率为前提，发掘转子动能的利用潜力，整体提升风机调频功率增量。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，其特征在于，包括：
稳态情况下，风电机组减载运行，通过改变减载运行系数预留有功备用；
***负荷突然增加后，频率跌落越过限值，风电机组切换到频率控制模式，频率控制过程中，实际转速逐渐下降并最终与风电机组输出功率为风电机组参与调频后稳态输出功率所对应的转速相等；风电机组最终转速低于MPPT点的转速。
进一步地，所述的频率控制模式具体为：
Figure BDA0002279858000000031
其中，Pref为风电机组转子侧变流器有功控制指令；Pst为风电机组参与调频后的稳态输出功率；ω0为风电机组参与调频前的初始转速；ωr为频率控制过程中的实际转速；ωst为风电机组输出功率为Pst时对应的转速；ΔPth为恰好能够越过最优转速的功率增量为临界调频功率。
进一步地，设风电机组参与调频的时间为TFR，则最大的平均调频功率为：
Figure BDA0002279858000000032
其中，ΔEK为风电机组释放的旋转动能，Em为风电机组捕获的机械功率，ΔEK和Em的大小由最终稳定后的转速ωst决定。
进一步地，风电机组输出功率为Pst时对应的转速ωst满足如下条件：
Figure BDA0002279858000000033
其中，
Figure BDA0002279858000000034
为降速减载运行转速，ωopt为最大输出功率时对应的转速。
进一步地，根据风电机组转子侧变流器有功控制指令、风电机组能够提供的平均调频功率，以及转速ωst的约束条件，转速ωst依次取不同的值，得到转速ωst与平均调频功率之间的对应关系曲线，获取不同风速下的最佳减速运行点。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法风电机组在电网频率稳定时运行在减载模式，存储部分转子动能和预留一定备用容量。当***频率出现较大跌落时，风电机组切换到频率控制模式，参与***调频。该策略调频后转速低于MPPT点对应的转速，牺牲了部分减载功率，但释放了更多的转子动能，总体上提升了风电机组的调频功率。
仿真结果表明，所提出的策略能够充分利用风电机组的旋转动能，为***提供更大的功率支撑，减缓频率的跌落，与传统控制策略相比，***频率波动更小，频率最低点显著提高。
附图说明
图1是本发明实施例一中超速减载运行的风电机组参与***频率控制的功率变化示意图；
图2是本发明实施例一中减速到MPPT点的功率变化示意图；
图3是本发明实施例一中减速到MPPT点左侧的功率变化示意图；
图4是本发明实施例一中减载运行的风电机组减速到MPPT点左侧时的功率变化示意图；
图5是本发明实施例一中风电机组附加频率控制框图；
图6是本发明实施例一中8m/s风速下Pav随ωst的变化关系曲线；
图7是本发明实施例一中仿真***模型；
图8是本发明实施例一中7m/s风速下的仿真结果；
图9是本发明实施例一中8m/s风速下的仿真结果；
图10是本发明实施例一中10m/s风速下的仿真结果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施例中，公开了基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，参照图5，具体为：
稳态情况下，风电机组减载运行，通过改变减载运行系数预留有功备用；
***负荷突然增加后，频率跌落越过限值，风电机组切换到频率控制模式，频率控制过程中，实际转速逐渐下降并最终与风电机组输出功率为风电机组参与调频后稳态输出功率所对应的转速相等；风电机组最终转速低于MPPT点的转速。
其中，频率控制模式具体为：
Figure BDA0002279858000000061
其中，Pref为风电机组转子侧变流器有功控制指令；Pst为风电机组参与调频后的稳态输出功率；ω0为风电机组参与调频前的初始转速；ωr为频率控制过程中的实际转速；ωst为风电机组输出功率为Pst时对应的转速；ΔPth为恰好能够越过最优转速的功率增量为临界调频功率。
本实施方式方法充分考虑了风电机组旋转动能和机械功率的关系，以适当降低部分机械功率为前提，发掘转子动能的利用潜力，整体提升风机调频功率增量。下面对本实施例方法进行详细说明：
1、风电机组模型及减载运行控制
根据空气动力学原理，风力机捕获的机械功率Pm为：
Figure BDA0002279858000000062
Figure BDA0002279858000000063
Figure BDA0002279858000000064
Figure BDA0002279858000000065
式中：Pm为风电机组的机械功率；ρ为空气密度；A为风轮扫风面积；v为风速；Cp(λ,β)为风能利用系数；β为风电机组的桨距角；λ为风电机组的叶尖速比，ωrR为风机的叶尖速。
风力发电机的主要控制参数为转速和桨距角。当输出功率低于额定功率时，控制器将叶片桨距角置于0°附近，不做变化。此时，通过调节风机转速，有唯一的λ使得Cp最大，称为最佳叶尖速比λopt,对应的风能利用系数为Cpmax。
结合式(1)～(4)，可以得到风电机组的最大功率跟踪曲线方程为：
Figure BDA0002279858000000071
其中，
Figure BDA0002279858000000072
式中：Popt为最大输出功率；kopt为功率跟踪系数。
定义风机的减载运行曲线为：
Figure BDA0002279858000000073
式中：Pdel为减载运行功率；kdel为减载运行系数；d％为风电机组的减载水平。
从经济性角度来看，风电机组应该运行在MPPT模式。然而，为了参与频率控制，风电机组需要预留部分有功备用，以应对突发的频率跌落事件。通过超速控制和桨距角控制均能达到减载运行的目的，其中超速控制能够储备部分旋转动能，在频率控制过程中可以提供更多的功率支撑，但风速高于一定值后因风机最大转速限制而不再适用；桨距角控制可以实现全风速下的功率控制，但存在响应慢，易造成机械磨损等问题。因此优先选用超速控制，当风电机组达到最大转速时，再结合桨距角控制，以预留足够的备用容量。根据风电运行统计，风机运行转速绝大部分时间低于额定转速，因而上述控制在大部分时间内都可以适用。
2、超速风电机组的调频特性分析
当***频率跌落越过死区后，风电机组通过附加的频率控制增大输出功率。在这一过程中，功率增量来自两个部分，一是风电机组转速由超速运行点向MPPT点趋近时，风能利用系数Cp增大，风电机组捕获的机械功率增加；二是风电机组在减速过程中释放存储的旋转动能。
图1所示为超速减载风电机组参与***频率控制的功率变化示意图。正常情况下，风电机组沿减载功率曲线运行，预留部分备用容量。当***负荷突增导致频率跌落时，风电机组的附加调频结构动作，开始执行频率控制。传统调频策略的功率和转速变化如图中1→2→4的过程所示。当频率发生较大变化时，风电机组的电磁功率迅速由1点升至2点，通过给定合适的参考功率Pref，风电机组最终减速至4点(MPPT点)，并保持该模式运行。当合理增大Pref，风电机组的最终运行点将会越过4点，输出功率沿1→3→5变化。风电机组在这两个过程中，均是通过释放动能和增加捕获风功率为***提供频率支撑，但二者又存在量的差异，下面进行定性分析。
风电机组减速运行到MPPT点(输出功率沿1→2→4变化)时，输出功率变化曲线如图2所示。正常情况下，风电机组减载运行，输出功率为P0。在t1时刻，***频率发生跌落，风电机组迅速响应，输出功率增加ΔP1。在不平衡转矩的作用下，风机逐渐减速。在t2时刻，风电机组减速到MPPT点，输出功率达到该风速下的最大值P1，并保持最大功率模式运行。
在t1到t2过程中，风电机组注入电网的能量增量如图2的面积S1和S2所示。其中，S1表示风电机组释放的转子动能，设J为机械转动惯量，则
Figure BDA0002279858000000081
式中，ΔEk为转子动能变化量；ωr1、ωr4分别表示风电机组在1点、4点的转速。
面积S2表示风电机组捕获的机械能增量
Figure BDA0002279858000000082
风电机组减速越过MPPT点(输出功率沿1→3→5变化)时，输出功率变化曲线如图3所示。增发的功率同样来自转子动能释放以及捕获风能变化。区别在于，风电机组释放了更多的转子动能，捕获的风功率是先增大后减小的，且最终输出功率要小于该风速下的最优功率。
与图2相比，由于风电机组调频后的转速偏离了MPPT点，所以图3中稳定时的功率小于P1。但是，风电机组在调频过程中释放了更多的旋转动能，即面积S′1>S1，动能之差ΔS为
Figure BDA0002279858000000091
通过进一步释放旋转动能，风电机组能够在惯性响应和一次调频阶段为***提供更大的功率支撑。这在风电渗透率不断增大、***惯量不断降低的背景下具有十分重要的意义。而且，风电机组稳态运行时牺牲的功率增量可通过***的二次调频进行补足.由于本实施例主要关注惯量响应和一次调频阶段，不再对二次调频策略进行阐述。
3、基于超速风机释放功率提升的风电调频控制策略
3.1控制策略
风电机组通过超速减载控制运行在次优转速下，能够预留部分旋转动能和减载功率为***提供频率支持。风电场的备用容量是由风机的减载水平决定的，考虑到风电机组运行的经济性，减载一般设为10％。本文考虑进一步释放旋转动能储备，提升风机调频的功率增量。
如图4所示，若突增功率ΔPe足够大，风电机组参与调频后的转速就可以越过MPPT点(点1)，最终稳定运行在如图所示的3点和4点。设恰好能够越过最优转速的功率增量为临界调频功率ΔPth，其为图4中最大功率跟踪点(点1)与超速功率曲线上转速相同的点(点5)之间功率差值。根据最大功率跟踪曲线方程与减载曲线方程(5)和(6)，可得
Figure BDA0002279858000000101
进一步可推得
Figure BDA0002279858000000102
结合式(10)，风电机组的频率控制策略为
Figure BDA0002279858000000103
式中，Pref为风电机组转子侧变流器有功控制指令；Pst为风电机组参与调频后的稳态输出功率；ω0为风电机组参与调频前的初始转速；ωr为频率控制过程中的实际转速；ωst为风电机组输出功率为Pst时对应的转速；在MPPT点左侧，Pst取值越小，对应的ωst也越小，风电机组释放的转子动能越多，通过在上式第二项乘以Pst的倒数项，可加快转子动能的释放。同时，为避免突增功率过大，上式第二项乘以0.5。
所提出的风电机组频率控制策略可以通过图5的控制结构实现。稳态情况下，风电机组减载运行，可通过改变kdel预留有功备用；当***负荷突然增加后，频率跌落越过限值，风电机组切换到频率控制模式。由式(15)可知，调频初始时刻，ωr＝ω0，此时风电机组的功率增量最大，可以迅速为***提供有功支撑。由于不平衡转矩的作用，风机转速下降，ωr逐渐趋近于ωst，直到相等。式(12)的第二项为零，Pref＝Pst，风电机组最终转速低于MPPT点的转速，输出功率为Pst。
3.2释放功率提升策略的减速运行点设置
虽然风电机组在越过MPPT点后可以释放更多的转子动能，但输入的机械功率也在减少，要想获得最大的功率增量，需要考虑转子动能和机械功率的综合作用。接下来将进一步确定最终稳定后的转速ωst。
设风电机组参与调频的时间为TFR(数值可根据具体***的频率调节特性或者调度需求确定)，结合式(7)和(8)，可得最大的平均调频功率Pav：
Figure BDA0002279858000000111
风电机组释放的旋转动能ΔEK和捕获的机械功率Em的大小是由最终稳定后的转速ωst决定的。当ωst>ωopt时，随着的ωst减小，风能利用系数逐渐增大，释放的转子动能逐渐增多，所以ΔEK和机械功率是同时增加的；当ωst<ωopt，ΔEK继续增大，但由于风能利用系数的减小，机械功率开始减小。出于经济性的考虑，风能利用系数不应过小，本实施例选取与超速减载运行输出功率相同的降速减载运行点作为最小转速限制，即图4中的点2，这样可保证风电机组最终输出功率大于等于参与调频前的功率，则
Figure BDA0002279858000000112
式中：
Figure BDA0002279858000000113
为降速减载运行转速。
同时，考虑到风电机组运行的安全性，转速不应低于正常运行时的转速下限值(0.7pu),则
Figure BDA0002279858000000114
由式(12)定义的有功控制控制指令结合式(13)仿真计算得到风电机组能够提供的平均调频功率Pav，然后按照式(15)的约束条件，ωst依次取不同的值，由此可以得到ωst与Pav的对应关系曲线，从而获取不同风速下的最佳减速运行点。以1台1.5MW的双馈风力发电机(DFIG)为例，设定正常情况下的减载水平为10％，风电机组参与调频的时间为15s(本实施例是根据下节的仿真算例确定的调频时间，现场可根据具体***的频率恢复特性选取不同的值)，通过仿真得到不同风速下Pav随ωst的变化曲线。其中，风速为7m/s和8m/s时，DFIG仅通过超速控制即可减载10％；当风速达到10m/s时，DFIG需要结合超速控制和桨距角控制预留10％的备用容量。图6是在风速为8m/s的条件下测得的关系曲线。
另外根据风速为7m/s、10m/s的条件下测得的关系曲线可以看出，风电机组参与调频的时间为15s时，风速为7,8,10m/s时的最佳减速运行点ωst依次为0.736,0.796,1.026(pu)。
4仿真分析
4.1***简介
本实施例采用DIgSILENT PowerFactory仿真软件搭建如图7所示的电力***仿真模型。***中包含有3个火电机组和1个风电场,负载采用恒功率模型。其中，火电机组G1、G2的容量400MW，G3的容量为1000MW；风电场由200×1.5MW的DFIG组成。同时，3个火电机组都配备调速器，均可参与一次调频。负荷L1和L2分别为1000MW和500MW。
4.2不同风速条件下的仿真分析
双馈风力发电机的切入风速为4.7m/s,减载水平d％＝10％。在10s时，L1处突然增加100MW负荷。在不同风速情况下对***进行仿真，分别选取具有代表性的风速条件7m/s、8m/s、10m/s对本文所提出的策略进行验证。由于***频率大约经过15s后开始趋于稳定，因此选取上节获得的0.736pu、0.796pu、1.026pu作为最佳减速运行点ωst。同时，为比较本实施例所提出策略的优越性，选取现有技术的综合惯量控制作为对比，仿真结果如图8～图10所示。
为防止风电机组因转速过低而导致切机事故，风机转子转速应保持在0.7pu以上，本实施例选取7m/s作为风机参与一次调频的最低风速，仿真结果如图8所示。图8对比了风电机组不参与调频、采用综合惯量控制以及本文策略时，***频率f、风机转子转速ωr以及输出功率的动态响应。风电机组不参与调频时，***频率经过3.992s跌落到最低点49.574Hz。采用综合惯量控制后，***频率所提升，跌落最低点为49.616Hz。采用本文策略后，***频率经过5.052s到达最低点49.731Hz，与综合惯量控制相比，频率跌落幅度减少了29.94％，并且有效延缓了频率的跌落时间。综合转子转速和输出功率的动态响应可知，本实施例提出的策略能够在***频率下降的初期，迅速地降低转子转速，释放出大量的旋转动能，有效降低***频率变化率；然后通过进一步降低转子转速，提升风电机组的调频功率，有助于***的频率恢复。最终转速稳定在预先设定的0.736pu，所以风电机组不会因为过度反应而引发切机事故，同时也证明了策略的有效性。
中风速8m/s时的仿真结果如图9所示。由图9可知，采用综合惯量控制时，***频率经过3.662s跌落到最低点49.674Hz；采用本文提出的策略时，***频率经过6.782s跌落到最低点49.760Hz，比前者的跌落幅度减少了26.38％。风电机组初始转速为1.1813pu，采用综合惯量控制、本文方法后的稳定转速分别为0.9473pu、0.7962pu。由风电机组输出功率的动态响应可知，在调频过程中，本实施例策略明显提升了风机释放的功率，特别是在***频率跌落的初期，从而有效延缓了频率的下降速率。但是，风电机组的最终运行点偏离了MPPT点，稳定后的输出功率相对综合惯量控制有所减少。
当达到中高风速10m/s时，受到风机最大转速限制的影响，仅通过超速控制无法预留10％的备用容量，需要结合桨距角控制，初始桨距角设为1.8792°，***仿真结果如图10所示。由图10可知，采用综合惯量控制时，***频率经过3.652s跌落到最低点49.666Hz；采用本文提出的策略时，***频率经过5.142s跌落到最低点49.760Hz，比前者的跌落幅度减少了14.07％。从输出功率的动态响应可看出，风电机组在频率跌落初期释放的功率明显少于7m/s、8m/s的情况，这是由于风电机组结合了桨距角控制，旋转动能储备相对前面两种情况有所减少。
综上，本实施例提出的策略在低临界风速、中风速以及中高风速下均能有效地提升风电机组的频率控制效果。
4.3风电机组释放功率分析
表1对比了风电机组不参与调频、采用综合惯量控制以及本实施例策略时，***最大频率偏差Δfmax、频率下降时间Tnadir、平均调频功率Pav以及风机稳态输出功率Pst的差异。由表1可知，采用本文提出的策略后，风机的平均调频功率Pav显著提升，相比于综合惯量控制，7m/s、8m/s、10m/s风速下的Pav增量为10.08MW、13.8MW、5.43MW。同时，由于最终运行点偏离了MPPT点，风机稳态输出功率Pst相对综合惯量控制有所减少。但是，风电机组仅保持该状态运行至***频率恢复，时间较短，由此造成的经济损失可以忽略。
表1仿真结果对比
Figure BDA0002279858000000141
Figure BDA0002279858000000151
综上，本实施例提出的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，风电机组在电网频率稳定时运行在减载模式，存储部分转子动能和预留一定备用容量。当***频率出现较大跌落时，风电机组切换到频率控制模式，参与***调频。该策略调频后转速低于MPPT点对应的转速，牺牲了部分减载功率，但释放了更多的转子动能，总体上提升了风电机组的调频功率。
仿真结果表明，所提出的策略能够充分利用风电机组的旋转动能，为***提供更大的功率支撑，减缓频率的跌落，与传统控制策略相比，***频率波动更小，频率最低点显著提高。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例一中所述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
在另一些实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，其特征在于，包括：
稳态情况下，风电机组减载运行，通过改变减载运行系数预留有功备用；
***负荷突然增加后，频率跌落越过限值，风电机组切换到频率控制模式，频率控制过程中，实际转速逐渐下降并最终与风电机组输出功率为风电机组参与调频后稳态输出功率所对应的转速相等；风电机组最终转速低于MPPT点的转速；
所述的频率控制模式具体为：
Figure FDA0002957874980000011
其中，Pref为风电机组转子侧变流器有功控制指令；Pst为风电机组参与调频后的稳态输出功率；ω0为风电机组参与调频前的初始转速；ωr为频率控制过程中的实际转速；ωst为风电机组输出功率为Pst时对应的转速；ΔPth为恰好能够越过最优转速的功率增量，功率增量为风电机组参与调频时额外增加的电磁功率。
2.如权利要求1所述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，其特征在于，设风电机组参与调频的时间为TFR，则最大的平均调频功率为：
Figure FDA0002957874980000012
其中，ΔEK为风电机组释放的旋转动能，Em为风电机组捕获的机械功率，ΔEK和Em的大小由最终稳定后的转速ωst决定。
3.如权利要求1所述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，其特征在于，风电机组输出功率为Pst时对应的转速ωst满足如下条件：
Figure FDA0002957874980000013
其中，
Figure FDA0002957874980000014
为降速减载运行转速，ωopt为最大输出功率时对应的转速。
4.如权利要求1所述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法，其特征在于，根据风电机组转子侧变流器有功控制指令、风电机组能够提供的平均调频功率，以及转速ωst的约束条件，转速ωst依次取不同的值，得到转速ωst与平均调频功率之间的对应关系曲线，获取不同风速下的最佳减速运行点。
5.一种用于实现权利要求1-4任一方法的终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
6.一种用于实现权利要求1-4任一方法的计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于超速风机释放功率提升的风电调频控制方法。
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CN112600259B (zh) * 2021-03-05 2021-07-23 中国电力科学研究院有限公司 频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置
CN114123356B (zh) * 2021-11-17 2023-07-25 华中科技大学 提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法及***
CN114899892B (zh) * 2022-06-20 2023-11-21 西南交通大学 一种风电机组主动频率支撑控制方法
CN115986851B (zh) * 2023-03-23 2023-06-06 湖南大学 一种永磁风力发电机组的有功功率安全响应方法及***

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CN103795089B (zh) * 2013-12-12 2015-12-02 国家电网公司 基于超速与变桨协调的变速风电机组一次调频方法
CN104917201B (zh) * 2015-06-16 2017-03-29 山东大学 模拟惯性与超速相结合的双馈风机有功频率控制器及方法
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