CN113162073A - 一种风电机组与储能协调调频控制方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于风电***领域，提供了一种风电机组与储能协调调频控制方法及***。其中，该方法包括释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。

Description

一种风电机组与储能协调调频控制方法及***
技术领域
本发明属于风电***领域，尤其涉及一种风电机组与储能协调调频控制方法及***。
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。
随着风电快速发展，风电在***中的比重逐渐提升，***安全稳定运行受到严重挑战，提升风电***的主动支撑能力已成为风电可持续发展的关键。然而，由于风电受风资源波动影响，风电输出具有间歇性和波动性，难以保证可靠的能量输入。发明人发现，目前以转子动能利用为核心的风电综合惯量或一次调频控制策略，虽然能够根据频率微分和偏差提供短暂的有功支撑，但会带来频率二次跌落问题，甚至较大的载荷冲击，对***频率恢复和机组自身载荷均呈现不利影响。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种风电机组与储能协调调频控制方法及***，其能够实现风电平稳支撑，同时避免***频率二次跌落和恢复过程中的载荷冲击。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种风电机组与储能协调调频控制方法。
一种风电机组与储能协调调频控制方法，其包括：
释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；
调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；
调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。
在调整储能的有功功率的过程中，当需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值小于储能最大功率时，储能弥补功率差额。
进一步地，在调整储能的有功功率的过程中，当需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值超出储能最大功率时，储能按最大功率输出。
进一步地，通过在风电机组功率外环的频率控制环来释放风电机组的转子动能。
进一步地，在调整风电机组的输出功率降低至初值水平的过程中，风电机组的输出功率的按照设定时间函数降低至初值水平。
进一步地，在调整风电机组的参考功率至最优功率曲线的过程中，按照设定转速的函数使得风电机组的参考功率恢复至最优功率曲线。
本发明的第二个方面提供一种风电机组与储能协调调频控制***。
一种风电机组与储能协调调频控制***，其包括：
支撑模块，其用于释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；
过渡模块，其用于调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；
恢复模块，其用于调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将风储联合调频划分为三个过程即支撑期、过渡期和恢复期，其中，支撑期风电机组释放转子动能，储能电源平抑功率波动，实现稳恒支撑；过渡期风电机组沿着给定参考值(关于时间的函数)逐渐降低输出功率至初始值，可同时减小自身载荷和对***冲击；恢复期风电机组沿着给定参考值(关于转速的函数)恢复至最优功率曲线，储能输出有功功率调补功率凹陷，避免频率二次跌落。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是传统惯量响应有功功率变化过程示意图；
图2是本发明实施例的风电机组和储能协调调配控制***拓扑；
图3是本发明实施例的风电机组和储能协调调配控制方法的有功功率变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
风电机组正常运行时，功率输出如式(1)所示。
Figure BDA0003060959850000041
式中，
Figure BDA0003060959850000042
为最优功率系数，Cpmax为最大风能利用系数，λopt为最优叶尖速比，G为齿轮箱传动比，R为风轮半径，ω0为切入转速，ω1为恒转速控制切入点，ωmax为最大允许转速。
通过在风电机组功率外环附加频率控制环，可实现释放/吸收转子动能参与***频率调节即综合惯量控制，其常规方程如式(2)。
Figure BDA0003060959850000051
式中，Pref是惯量响应期间的有功参考值，kp为频率偏差系数，kd为频率微分系数，Δf为***频率与额定频率偏差。
惯量响应有功变化过程如图1所示，图中P0为初始有功功率，t0-t1时间段，风电机组支撑有功功率但功率支撑不平稳，t1-t2时间段由于机组利用转子动能支撑，导致偏移最优功率曲线，出现功率凹陷(***频率二次跌落)，同时在t1时刻容易对机组造成较大的载荷冲击。
为实现风电平稳支撑，同时避免***频率二次跌落和恢复过程中的载荷冲击，本发明提出了一种风电机组和储能协调调频控制方法，该方法可以实现功率稳定支撑，并优化***频率响应，降低对机组机械危害。
实施例一
储能电源如超级电容通过DC/DC变换器连接至双馈风电机组变流器直流母线，控制拓扑如图2所示。风电机组转子侧变流器控制发电机定子侧有功和无功，网侧逆变器直流母线电压和网侧无功功率，储能DC/DC变换器控制储能充放电功率。根据图2和风电机组定转子功率关系，可以得到式(3)。
Figure BDA0003060959850000052
式中，Pr为转子侧功率，Ps为定子侧功率，Pg为风电机组变流器流向电网的功率；Pess为正时为储能发出的功率，Pess为负时为储能吸收的功率；Pall为风储***总输出功率；s为转差率。
本实施例的风电机组和储能协调调频控制方法中的有功功率变化如图3所示，风储联合调频响应可以划分3个阶段。
(1)第1阶段：支撑期(t0-t1)，该阶段风电机组快速释放转子动能，储能调整有功功率，实现对支撑期间的有功功率波动平抑。
第1阶段风电机组有功功率参考值与式(2)相同即
Figure BDA0003060959850000061
储能输出功率参考值如式(5)，即当需求支撑功率Pset与风电机组输出参考值之间的差值小于储能最大功率Pess_max时，储能弥补功率差额，当超出储能最大功率时，储能按最大功率输出。
Figure BDA0003060959850000062
(2)第2阶段：过渡期(t1-t1’)，该阶段风电输出功率柔性降低至初值水平，储能输出为零即
Figure BDA0003060959850000063
从而减小对***和自身的冲击。
第2阶段风电机组有功功率参考值为：
Figure BDA0003060959850000064
式中，Pt1为t1时刻机组有功功率。
(3)第3阶段：恢复期(t1’-t2)，风电机组缓慢调整参考功率至最优功率曲线，转速恢复，储能输出功率填补功率凹陷，实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落问题。其中，最优功率曲线，即风电机组的最大功率跟踪曲线，这是一条风电机组的转速-有功功率关系曲线。该曲线的参数是由风机的叶片等机械特性确定的，风机出厂后该参数即确定，可认为是常数。
Figure BDA0003060959850000071
式中，ωt1’、Pt1’分别为t1’时刻发电机转速和有功功率，ωmin为发电机最小转速。
储能输出功率参考值如下：
Figure BDA0003060959850000072
式中，P0为频率响应前机组初始有功功率。
实施例二
本实施例提供了一种风电机组与储能协调调频控制***，其包括：
支撑模块，其用于释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；
过渡模块，其用于调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；
恢复模块，其用于调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。
此处需要说明的是，本实施例的风电机组与储能协调调频控制***中的各个模块，与实施例一中的风电机组与储能协调调频控制方法中的各个步骤一一对应，此处不再累述。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，包括：
释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；
调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；
调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。
2.如权利要求1所述的风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，在调整储能的有功功率的过程中，当需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值小于储能最大功率时，储能弥补功率差额。
3.如权利要求1所述的风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，在调整储能的有功功率的过程中，当需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值超出储能最大功率时，储能按最大功率输出。
4.如权利要求1所述的风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，通过在风电机组功率外环的频率控制环来释放风电机组的转子动能。
5.如权利要求1所述的风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，在调整风电机组的输出功率降低至初值水平的过程中，风电机组的输出功率的按照设定时间函数降低至初值水平。
6.如权利要求1所述的风电机组与储能协调调频控制方法，其特征在于，在调整风电机组的参考功率至最优功率曲线的过程中，按照设定转速的函数使得风电机组的参考功率恢复至最优功率曲线。
7.一种风电机组与储能协调调频控制***，其特征在于，包括：
支撑模块，其用于释放风电机组的转子动能，基于需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值来调整储能的有功功率，以实现对支撑期间的有功功率波动平抑；
过渡模块，其用于调整风电机组的输出功率降低至初值水平，储能输出为零，以减小对风电机组及储能的冲击；
恢复模块，其用于调整风电机组的参考功率至最优功率曲线，转速恢复，填补储能的输出功率的功率凹陷，以实现频率响应后的平稳过渡，避免频率二次跌落。
8.如权利要求7所述的风电机组与储能协调调频控制***，其特征在于，在所述支撑模块中，在调整储能的有功功率的过程中，当需求支撑功率与风电机组输出参考值之间的差值小于储能最大功率时，储能弥补功率差额。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的风电机组与储能协调调频控制方法中的步骤。
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