CN115912397B - 一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及产品。该方法包括：当负荷状态为突变状态时，当转子转速小于最小转子转速，令双馈风电机组释放或吸收转子动能，向***提供惯量响应功率，直至***当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束；当不小于最小转子转速，确定双馈风电机组不参与调频；当当前频率偏差小于0.033Hz，判断超级电容器的荷电状态是否小于最小荷电状态；若小于，启动超级电容器，向***提供一次调频功率；若当前频率偏差不小于0.033Hz，或荷电状态不小于最小荷电状态，不启动超级电容器；当负荷状态为平稳状态时，令双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动超级电容器。本发明能提供长时间有功支撑，满足一次调频需求。
Description
技术领域
本发明涉及风机发电并网领域，特别是涉及一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及设备。
背景技术
风电作为新能源发电的主力军，到2021年底中国装机容量已经达到了30万MW，连续12年保持新增装机容量世界第一。面对如此大规模的装机容量，风电并网后带来的电力***安全、稳定问题就显得尤为重要。双馈风力发电机(Doubly-Fed InductionGenerator，DFIG)作为风力发电应用最为广泛机型之一，通过转子侧和网侧变流器与电网相连，其转子转速与***频率解耦，通常运行于最大功率跟踪状态。双馈风力发电机的传统解耦控制虽实现了风能利用的最大化，但当电网发生功率波动时，其转子动能被“隐藏”，无法像常规同步发电机一样为电网提供有功支撑，导致***稳定性降低，容易引发频率安全问题。
针对风机并网带来的调频问题，国内外学者进行了大量研究，提出了虚拟惯量控制、超速减载控制和变桨距角控制等调频策略，但是，采用虚拟惯量控制支撑的方式虽有效抑制了***频率波动，但却无法提供长时间有功支撑，满足一次调频需求；而采用超速和变桨减载的控制方式实现了风机长时间的调频功能，却也存在缺陷，超速减载在正常状态无法实现最大功率跟踪，导致部分风力资源浪费；变桨减载由于需频繁调节桨距角，造成机械装置的磨损，降低使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及设备，以解决虚拟惯量控制策略无法提供一次频率调节支撑，超速减载控制策略转速调节范围受到限制、发电效益下降的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法，包括：双馈风电机组以及超级电容器；
获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态；
当所述负荷状态为突变状态时，判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，以及判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否大于-0.033Hz；
当所述双馈风电机组的转子转速大于所述最小转子转速时，令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率；
实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值；
当所述双馈风电机组的转子转速不大于所述最小转子转速时，确定所述双馈风电机组不参与调频；
当所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差大于-0.033Hz，判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态；
若所述荷电状态大于所述最小荷电状态，启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作；
若所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差不大于-0.033Hz，或所述荷电状态不大于所述最小荷电状态，不启动所述超级电容器；
当所述负荷状态为平稳状态时，令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器。
可选的，所述双馈风电机组调节所述转子转速过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
可选的，通过所述双馈风电机组转子侧的输出功率和流入网侧变流器的输出功率选择所述储能装置。
可选的，利用所述双馈风电机组以及所述储能装置调频过程中，所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值为：
其中，PR_ref为所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值；PMPPT为最大输出功率；KH为惯量响应系数；为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差；
所述储能装置变流器的有功功率参考值为：
PC_ref＝KDΔf；
其中，PC_ref为超级电容器变流器有功功率参考值，KD为一次调频响应系数；Δf为所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
一种风储协调的双馈风电机组调频控制***，包括：双馈风电机组以及超级电容器；
负荷状态获取模块，用于获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态；
第一判断模块，用于当所述负荷状态为突变状态时，判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，以及判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否大于-0.033Hz；
双馈风电机组调频模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速大于所述最小转子转速时，令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率；
双馈风电机组调频结束模块，用于实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值；
双馈风电机组不参与调频确定模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速不大于所述最小转子转速时，确定所述双馈风电机组不参与调频；
第二判断模块，用于当所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差大于-0.033Hz，判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态；
一次调频模块，用于若所述荷电状态大于所述最小荷电状态，启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作；
不启动超级电容器确定模块，用于若所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差不大于-0.033Hz，或所述荷电状态不大于所述最小荷电状态，不启动所述超级电容器；
最大功率跟踪点运行模块，用于当所述负荷状态为平稳状态时，令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器。
可选的，所述双馈风电机组调节所述转子转速过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
可选的，通过所述双馈风电机组转子侧的输出功率和流入网侧变流器的输出功率选择所述储能装置。
可选的，利用所述双馈风电机组以及所述储能装置调频过程中，所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值为：
其中，PR_ref为所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值；PMPPT为最大输出功率；KH为惯量响应系数；为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差；
所述储能装置变流器的有功功率参考值为：
PC_ref＝KDΔf；
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一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法。
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及设备，基于双馈风电机组惯量和一次调频控制策略，利用双馈风电机组释放或吸收转子动能提供惯量功率支撑、超级电容器响应一次频率调节，通过协调控制超级电容器和双馈风电机组的转子动能两种能量源，共同实现双馈风电机组的并网调频能力；
此外，本发明通过动态识别***频率波动，满足风机主动参与***频率调节的要求，在稳态运行期间，双馈风电机组始终运行于最大功率跟踪状态，以保证最大化风能利用，提高***经济效益；无需频繁调节桨距角，避免机械装置的磨损，提高了机械装置使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的风储协调的双馈风电机组调频控制方法流程图；
图2为本发明所提供的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差量与***频率变化率曲线图；图2(a)为本发明所提供的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差量与时间的关系图；图2(b)为本发明所提供的***频率变化率与时间的关系图；
图3为本发明所提供的***惯量控制策略控制框图；
图4为本发明所提供的超速减载控制策略运行曲线图；
图5为本发明所提供的双馈风电机组传动***模型图；
图6为本发明所提供的超级电容器配置模型图；
图7为本发明所提供的风储协调控制策略框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法、***及设备，能够提供长时间有功支撑，满足一次调频需求，提高***经济效益以及机械装置使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
近年来，随着储能技术的高速发展，储能装置在风力发电中也得到了广泛应用，通过采用一种超级电容器的储能装置，其完全承担惯量和一次调频功能，在不改变风机现有控制方案的基础上实现风机的有功调频功能。考虑到储能装置在能量密度和响应速度上的优点，其为解决风电调频问题提供了可能。然而，若能将风储联合、协调控制，则既能充分利用风机“隐藏”动能，又发挥储能装置能量充足的优点，有效降低储能设备容量，实现发电效益最大化。
实施例一
频率调节期间，风储协调的双馈风电机组调频控制方法如图1所示，图1为本发明所提供的风储协调的双馈风电机组调频控制方法流程图，如图1所示，其中，wrmin为最小转子转速，为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，即频率的变化量，df为一定时段内频率变化，dt为这段时间，SOC为荷电状态，SOCmin为最小荷电状态。
一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法，包括：双馈风电机组以及超级电容器。
step1：获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态；当所述负荷状态为突变状态时，执行step2以及step3；当所述负荷状态为平稳状态时，执行step10。
虚拟惯量与一次调频的区分与联系：
针对双馈风电机组并网带来的***等效惯量降低的问题，分析了采用虚拟惯量控制策略的优势与不足；为实现双馈风电机组一次调频功率，分析了一种超速减载控制策略，通过减少风机捕获风能/预留有功功率的方式，满足一次调频的能量需求。
惯量反映了机组对***频率状态改变的抵抗程度，为同步角速度下机组转子动能Ek与***额定容量SN之比，一般采用惯性时间常数H表示：
式中，J为转动惯量，wr为转子转速，p为机组极对数。
惯量与机组转速紧密相关，而机组转速又与***频率耦合。当频率波动时，若机组机械功率维持不变，转子动能将以电磁功率的形式输出，该功率PH抑制了频率波动，起到了惯量支撑的作用。
式中，fN为***额定频率，PN为机组额定功率。
一次调频是机组在***控制下自行增发或减少电磁功率输出以应对***频率扰动，通常使用单位调节功率KG进行表示。
式中，ΔPG为一次调频支撑功率，Δf为所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
用于惯量响应的功率PH与***频率微分量成正比，由于微分具有超前调节的特点，因此当电网频率波动时，将首先释放或吸收惯量支撑功率，具有较快的响应速度。此外，惯量支撑功率响应的是频率变化率，故即使频率尚未恢复额定值，只要频率不再波动，惯量将不再起作用。因此其响应时间上并不长，一般在5s左右。对比图2中电网频率偏差和频率变化率的曲线可以看出，初期频率变化率波动幅值更大，惯量支撑功率在初期作用更显著，但由于时间不长，总体能量提供有限。
一次调频支撑功率与所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差量成正比，且其一般为Δf≥±0.03Hz即超过调频死区后响应，相较于惯量支撑其响应速度较慢。与频率变化率相比，频率偏差持续时间长，故***需要提供一次调频支撑功率时间也较长，一般为30s。由图3可见，在频率波动后期，惯量支撑功率几乎为零，一次调频作用更为重要，并且由于其响应时间长，总体能量需求也较高。
针对双馈风电机组并网带来的***等效惯量降低的问题，分析了双馈风机虚拟惯量控制策略。
针对双馈风电机组并网带来的***等效惯量降低的问题，提出了一种改进虚拟惯量控制策略，如图3所示，该方案在双馈风电机组最大功率跟踪控制的基础上增加了频率控制模块，即通过所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差量、频率变化率、比例系数和微分系数等参数将附加有功功率引入转子侧变流器有功功率参考值，以模拟同步发电机组的惯量响应特性和阻尼特性，进而实现风电机组在面对***频率波动时主动提供惯量支撑的功能。
虚拟惯量控制策略下，双馈风电机组转子侧有功功率参考值Pref为：
式中，PMPPT为最大输出功率，ΔP1为惯量响应功率，ΔP2为阻尼响应功率，K1为微分系数，K2为比例系数。
虚拟惯量控制策略虽解决了风电并网导致的***等效惯量降低的问题，但由于风机自身转子动能有限，无法提供一次频率调节时长的功率支撑。
为实现双馈风电机组一次调频功率，研究了一种超速减载控制策略，通过减少风机捕获风能/预留有功功率的方式，满足一次调频的能量需求。
无附加调频策略时，双馈风电机组一般运行于最大功率跟踪模式，不同风速下双馈风电机组的最大功率跟踪点连接组成图4所示的最大功率跟踪曲线，此时风机的输出功率如下式：
式中，r为空气密度，Cp为风能转换系数，lopt为最佳叶尖速比，R为风机叶片半径。
为了实现双馈风电机组一次调频功能，提出了一种超速减载控制策略，类比同步发电机组预留锅炉蓄热，该方案通过减少风机捕获风能、预留有功功率的方式，满足一次调频的能量需求。正常工况下，超速减载控制策略不再运行于最大功率跟踪点A，而是通过增加转子转速的方式运行于减载点B，此时风机预留的有功功率为ΔPAB，而ΔPAB大小取决于减载率d％。
当负荷增大导致***频率波动时，双馈风电机组在附加功率作用下从减载点B向最大功率点A移动，风机通过降低转速来增加风能捕获，弥补***功率缺额。当频率重新恢复至额定值时，风机再次运行于减载点B。超速减载控制策略下，风电机组转子侧有功功率参考值为：
超速减载控制策略实现了风机并网后参与一次频率调节的功能，但由于其正常工况下始终运行于减载点，导致功率值为ΔPAB的风能处于弃风状态，若持续时间过长，将造成大量风能资源的浪费。此外，由于风机已经处于超速状态，转速增速的可调节范围变小，当负荷减少时，功率调节范围变窄，限制了其一次调频能力。
step2：判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，若是，执行step4，若否，执行step6。
step3：判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否大于-0.033Hz，若是，执行step7，若否，执行step9。
step4：令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率。
step5：实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值。
step6：确定所述双馈风电机组不参与调频。
储能装置配合一次调频的控制方案，将风机转子动能作为惯量支撑的主要能量来源，储能装置主要配合一次调频支撑功率，通过风储协调控制共同实现风机并网调频。
考虑到传统虚拟惯量控制和超速减载控制存在的不足，以及近年来储能装置在风电领域的应用，本发明提出采用风储协调控制方案共同解决风机并网带来的惯量和一次调频问题。参考同步发电机组惯量的能量来源于转子动能，一次调频的能量来源于锅炉预留蓄热，本发明利用风机转子动能提供惯量响应功率，储能装置提供一次调频支撑功率，通过风储协调共同实现风机并网调频。
若采用风机转子动能作为惯量支撑的能量来源，首先需对转子动能的调频能力进行分析。双馈风电机组的转子动能主要存储于传动***-轴系部分，由叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴和发电机组成，如图5所示。叶片、发电机的转动惯量远远大于传动轴，故在对轴系部分建模时往往采用等效两质量模型，因此在计算双馈风电机组等效转动惯量J时，采用下式：
J＝Jturb+Jgear+JgenN2
式中，Jturb为叶片转动惯量，Jgen为发电机转动惯量，Jgear为齿轮箱转动惯量，N为齿轮箱变比。
双馈风电机组转子转速从w1调节至w2过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
风机所蕴含转子动能与其初始转速紧密相关，不同工况下风机转速不同，转子动能也相差较大。
以某1.5MW和2MW双馈风电机组为例，其等效转动惯量分别为7.5658×106kg.m2和14.2×106kg.m2，风机极对数p＝2，设风机最小转速为n＝1050r/min时，代入式即可得到不同转速下风机所蕴含的转子动能，表1为1.5MW和2MW风机转子转速调频能力表，如表1所示。
表1
当双馈风电机组以10％额定功率为***提供惯量功率支撑时，可以得到不同转速下风机提供惯量响应时长，如表1所示。即使在较低的转速1200r/min下，1.5MW和2MW风机所含的转子动能也均能提供不少于5s的惯量响应，满足***对风机惯量支撑的要求，但其能量不能满足一次调频30s时长的要求，因此本发明仅采用转子动能提供惯量调节。
step7：判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态，若是，执行step8，若否，执行step9。
step8：启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作。
step9：不启动所述超级电容器。
超级电容器的方式作为主要储能装置，确定了不同风机容量下，超级电容器容量配置大小。
储能装置种类多样、性能各有不同，在风力调频领域，应用较为广泛的储能装置为蓄电池和超级电容器。考虑到本发明采用储能设备的作用是模拟同步发电机组锅炉预留蓄热、完成***的一次调频功能，而电网调频日内波动次数频繁、对机组调频速度要求高，结合超级电容器可循环次数高、响应速度快的优点，本发明采用超级电容器作为一次调频能量来源。
超级电容器安装于双馈风电机组的直流母线处(如图6所示)，其能量通过网侧变流器流至电网或负荷。在配置超级电容器容量时，不仅要考虑其功能作用，还需对其输出功率与网侧变流器的适配度进行分析。首先，超级电容器的功能是提供一次调频功率支撑，而一次调频输出或输入功率大小与所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差有关，众多文献表明，功率调节值一般不会超过机组额定功率的10％，时间为30s。其次，当选定超级电容器的额定功率为10％PN时，需分析流入网侧变流器的功率是否会超出其限值。
流入网侧变流器的功率Pgsc由双馈风电机组转子侧输出功率Prsc和超级电容器输出功率Pc两部分组成；Prsc与双馈风电机组的转子转速和转差率s密切相关，转子转速的工作范围一般为0.7pu～1.3pu，则s在-0.3pu～0.3pu之间变化。当转差率s＝-0.3时，双馈风电机组输出功率PDFIG达到额定值，转子侧输出功率Prsc也达到最大。
Pgsc＝Prsc+Pc
若双馈风电机组额定功率为2MW时，流过转子侧变流器的最大功率为461kW，超级电容器最大输出功率为200kW，则流入网侧变流器功率为661kW，大于网侧变流器的限值703kW。因此以150kW×30s作为超级电容器能量配置，既满足一次调频能量需求，也能满足网侧变流器功率限制。
此外，为了保证网侧变流器的安全可靠，对于已建的风电机组可适当降低超级电容器的输出功率和容量。对于新建的双馈风电机组，可以适当增加网侧变流器的额定功率，避免发生流入网侧变流器的功率超过其限制的现象。
step10：令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器。
风储协调频率控制策略，利用转子动能提供短时频率支撑，储能装置改善频率稳态偏差，共同实现双馈风电机组的频率调节功能，正常工况下，双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，超级电容器不启动。当负荷突增/突减导致***频率波动时，风电机组通过释放或吸收转子动能阻止***频率的变化，为一次调频留有时间，此时风电机组功率浮动量与频率变化率成正比。当频率偏差量超过一次调频死区时，超级电容器启动，或释放能量阻止***频率下跌，或吸收能量阻止频率上升，以减小频率稳态偏差量。
结合惯量和一次调频区别，风储协调控制策略利用转子动能提供短时频率支撑，储能装置改善频率稳态偏差，共同实现双馈风电机组的频率调节功能，其控制框图如图7所示。
正常工况下，双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，超级电容器不启动。当负荷突增/突减导致***频率波动时，风电机组通过释放或吸收转子动能阻止***频率的变化，为一次调频留有时间，此时风电机组功率浮动量与频率变化率成正比。当频率偏差量超过一次调频死区时，超级电容器启动，或释放能量阻止***频率下跌，或吸收能量阻止频率上升，以减小频率稳态偏差量，在此期间对超级电容器剩余容量进行监测，当低于最小超级电容器容量时退出运行，或当频率偏差量为零时退出运行，即：偏差率较小时风机转子动能作为惯量支撑的能量来源，偏差量大时，超级电容器投运。在此期间，双馈风电机组和超级电容器有功功率参考值的表达式分别如下：
PC_ref＝KDΔf
式中，PR_ref为双馈风电机组转子侧变流器有功功率参考值，描述风机机组有功参考值和惯量的关系；KH为惯量响应系数；PC_ref为超级电容器变流器有功功率参考值，描述超级电容器有功功率参考值和一次调频响应系数的关系；KD为一次调频响应系数；为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
对超速减载策略以及本发明的风储协调策略进行了经济性对比，结果显示，本发明所提出风储协调策略成本远低于超速减载方案的年经济损失。
相较于虚拟惯量控制方案，风储协调控制策略仅用转子动能提供惯量支撑，不存在转子转速下跌至最低点、转子动能深度释放后快速回升进而导致频率二次跌落的问题，并且也能满足风电机组一次调频的功能需求。相较于超速减载方案，风储协调控制策略正常工况下始终运行于最大功率跟踪点，避免了弃风产生的经济损失，并且对转速调节范围也不再提出限制。唯一不足之处是超级电容器的安装增加了投资成本，但仍有较强经济优势，表2为超速减载策略和风储协调策略经济性对比表，如表2所示。
表2
表2对2W的双馈风机在两种控制方案下的经济效益进行了对比。当减载率为10％时，超速减载策略在不限电情况下每年因风能资源浪费造成的电费损失高达50.1万。采用风储协调策略时，由于超级电容器安装于风电机组直流母线处，无土建费用，仅需支出超级电容器和变流器的采购费用，总成本35万元。若超级电容器使用年限为8年，变流器折旧年限为20年，每年需投资3.625万元，成本远大于超速减载方案的年经济损失。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种风储协调的双馈风电机组调频控制***。
一种风储协调的双馈风电机组调频控制***，包括：双馈风电机组以及超级电容器。
负荷状态获取模块，用于获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态。
第一判断模块，用于当所述负荷状态为突变状态时，判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，以及判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否大于-0.033Hz。
双馈风电机组调频模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速大于所述最小转子转速时，令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率。
双馈风电机组调频结束模块，用于实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值。
双馈风电机组不参与调频确定模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速不大于所述最小转子转速时，确定所述双馈风电机组不参与调频。
第二判断模块，用于当所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差大于-0.033Hz，判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态。
一次调频模块，用于若所述荷电状态大于所述最小荷电状态，启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作。
不启动超级电容器确定模块，用于若所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差不大于-0.033Hz，或所述荷电状态不大于所述最小荷电状态，不启动所述超级电容器。
最大功率跟踪点运行模块，用于当所述负荷状态为平稳状态时，令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器。
在实际应用中，所述双馈风电机组调节所述转子转速过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
在实际应用中，通过所述双馈风电机组转子侧的输出功率和流入网侧变流器的输出功率选择所述储能装置。
在实际应用中，利用所述双馈风电机组以及所述储能装置调频过程中，所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值为：
其中，PR_ref为所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值；PMPPT为最大输出功率；KH为惯量响应系数；/>为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
所述储能装置变流器的有功功率参考值为：
PC_ref＝KDΔf；其中，PC_ref为超级电容器变流器有功功率参考值，KD为一次调频响应系数；Δf为所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
实施例三
本发明实施例提供一种电子设备包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一提供的风储协调的双馈风电机组调频控制方法。
在实际应用中，上述电子设备可以是服务器。
在实际应用中，电子设备包括：至少一个处理器(processor)、存储器(memory)、总线及通信接口(Communications Interface)。
其中：处理器、通信接口、以及存储器通过通信总线完成相互间的通信。
通信接口，用于与其它设备进行通信。
处理器，用于执行程序，具体可以执行上述实施例所述的方法。
具体地，程序可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。电子设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器，用于存放程序。存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
基于以上实施例的描述，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，计算机程序指令可被处理器执行以实现任意实施例所述的方法
本申请实施例提供的风储协调的双馈风电机组调频控制***以多种形式存在，包括但不限于：
(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网性能。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)其他具有数据交互功能的电子设备。
至此，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。
上述实施例阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、
数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备
或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定事务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行事务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种风储协调的双馈风电机组调频控制方法，其特征在于，包括：双馈风电机组以及超级电容器；
获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态；
当所述负荷状态为突变状态时，判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，以及判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否小于-0.033Hz；
当所述双馈风电机组的转子转速大于所述最小转子转速时，令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率；
实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值；
当所述双馈风电机组的转子转速不大于所述最小转子转速时，确定所述双馈风电机组不参与调频；
当所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差小于-0.033Hz，判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态；
若所述荷电状态大于所述最小荷电状态，启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作；
若所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差不小于-0.033Hz，或所述荷电状态不大于所述最小荷电状态，不启动所述超级电容器；
当所述负荷状态为平稳状态时，令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器；
利用所述双馈风电机组以及储能装置调频过程中，所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值为：
其中，PR_ref为所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值；PMPPT为最大输出功率；KH为惯量响应系数；为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差；
所述储能装置变流器的有功功率参考值为：
PC_ref＝KDΔf；
其中，PC_ref为超级电容器变流器有功功率参考值，KD为一次调频响应系数；Δf为所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
2.根据权利要求1所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法，其特征在于，所述双馈风电机组调节所述转子转速过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
3.根据权利要求1所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法，其特征在于，通过所述双馈风电机组转子侧的输出功率和流入网侧变流器的输出功率选择所述储能装置。
4.一种风储协调的双馈风电机组调频控制***，其特征在于，包括：双馈风电机组以及超级电容器；
负荷状态获取模块，用于获取双馈风电机组调频***的负荷状态；所述负荷状态包括平稳状态以及突变状态；所述突变状态包括突增状态和突减状态；
第一判断模块，用于当所述负荷状态为突变状态时，判断所述双馈风电机组的转子转速是否大于最小转子转速，以及判断所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差是否小于-0.033Hz；
双馈风电机组调频模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速大于所述最小转子转速时，令所述双馈风电机组释放或吸收转子动能，向所述双馈风电机组调频***提供惯量响应功率；
双馈风电机组调频结束模块，用于实时计算所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定惯量响应结束，所述转子转速恢复至初始值；
双馈风电机组不参与调频确定模块，用于当所述双馈风电机组的转子转速不大于所述最小转子转速时，确定所述双馈风电机组不参与调频；
第二判断模块，用于当所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差小于-0.033Hz，判断所述超级电容器的荷电状态是否大于最小荷电状态；
一次调频模块，用于若所述荷电状态大于所述最小荷电状态，启动所述超级电容器，向所述双馈风电机组调频***提供一次调频功率，直至所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差等于0，确定一次调频结束，所述超级电容器停止当前操作；所述当前操作为充电操作或放电操作；
不启动超级电容器确定模块，用于若所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差不小于-0.033Hz，或所述荷电状态不大于所述最小荷电状态，不启动所述超级电容器；
最大功率跟踪点运行模块，用于当所述负荷状态为平稳状态时，令所述双馈风电机组运行于最大功率跟踪点，不启动所述超级电容器；
利用所述双馈风电机组以及储能装置调频过程中，所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值为：
其中，PR_ref为所述双馈风电机组转子侧的有功功率参考值；PMPPT为最大输出功率；KH为惯量响应系数；为计算的所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差；
所述储能装置变流器的有功功率参考值为：
PC_ref＝KDΔf；
其中，PC_ref为超级电容器变流器有功功率参考值，KD为一次调频响应系数；Δf为所述双馈风电机组调频***的当前频率偏差。
5.根据权利要求4所述的风储协调的双馈风电机组调频控制***，其特征在于，所述双馈风电机组调节所述转子转速过程中所释放的转子动能为：
其中，ΔEk为所释放的转子动能；E1为调节前的转子动能；E2为调节后的转子动能；J为所述双馈风电机组等效转动惯量；ω1为调节前的转子转速；ω2为调节后的转子转速；n1为ω1下的风速；n2为ω2下的风速；N为齿轮箱变比。
6.根据权利要求5所述的风储协调的双馈风电机组调频控制***，其特征在于，通过所述双馈风电机组转子侧的输出功率和流入网侧变流器的输出功率选择所述储能装置。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求1-3中任一项所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的风储协调的双馈风电机组调频控制方法。
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|---|
| 基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略;颜湘武等;《电工技术学报》;第35卷(第3期);第530-541页 * |
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