一种提高电能质量的组合控制风电调频方法

1.本发明属于风电机组调频控制领域，具体为应用于风电机组的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法。


背景技术：

2.随着电力行业的发展革新，电力用户设备产生的敏感负荷对电能质量有着更高要求。电能质量的降低影响用电设备的正常工作，甚至会导致生产过程中断，让用户担负额外的经济损失。频率是电能质量的一项重要指标，随着风电接入电力系统的比例增加，整体系统惯性减小，系统频率的波动变大，因此需要从发电侧角度改善频率的波动性，从而提高电网的电能质量。
3.传统的控制方法是根据风速的不同调整风电机组的运行状态，但控制方法较为单一，对系统的调频效果有限，调频范围较小。传统的下垂控制增益固定，当系统发生较小的频率偏差时，容易产生过快、过强的调频响应，导致风机的寿命减小，潜在成本升高，所以需要选择更平稳的控制策略。
4.同时在调节风机频率输出时，若频率低于额定频率，传统下垂控制由于无法保持较高的风机转速，在风速较低的情况下，会导致微电网频率进一步下降。储能作为系统的备用容量，能有效提高风电有功的稳定性，通过协调控制风电与储能的有功功率，可以增加整个系统的惯性与稳定性，当储能参与调频时，风电机组可以在较长时间内处于最大功率运行点的状态下，有利于风电有功功率的长期稳定输出。调节风机转速能增加储能为调频提供功率备用容量，所以需要使风机转速稳定变化。早期研究是通过观察以调整转子转速，即检测功率变化情况来调整转速，转速变化影响功率变化。桨距角控制可以控制风机转速变化范围，而在桨距角的变化程度上，传统的两种桨距角控制cdpp、cdfp在调频控制过程中桨距角会出现较大的波动，不利于风机转速控制。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是通过分段下垂控制和模糊桨距角控制从发电侧的角度共同对风电机组进行调频，有利于延长双馈电机的使用寿命，降低使用成本，提高电能质量中的频率指标。
6.本发明是采用如下的技术方案实现的：一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，调频系统包括同步发电机、风电场和负载，随着惯量较低的风电接入比例增加，风电场会参与系统调频。调频方法包括虚拟惯量控制、分段下垂控制和模糊桨距角控制，虚拟惯量控制、分段下垂控制和模糊桨距角控制共同对风机频率进行调节。分段下垂控制与模糊桨距角控制（sdpp）组合控制由于受隶属函数影响，风机根据控制策略周期运行，系统频率不会陡然突变，调频性能优越，能有效的提高电能质量中的频率指标。
7.优选的，分段下垂控制，在频率偏差较大的区域选用较大的下垂增益，频率偏差较小的区域选用较小的下垂系数，在调频死区不采取调频措施，有利于不同频率偏差的调频
控制，相比较传统的下垂控制在控制频率偏差上具有优越性。
8.优选的，模糊桨距角控制，配合隶属函数能使模糊逻辑控制器提供更多平稳的输出信号，从而使桨距角的波动范围更小，提高系统调频效果。
9.优选的，虚拟惯量控制，在系统发生突变事件时，能保持系统相对稳定。
10.优选的，储能参与调频，储能控制可以瞬间释放大量能量，对于平衡风电的波动与系统调频极为有利。在系统频率下降时释放储能以系统频率，当系统频率上升时吸收能量来降低可能上升的频率。
11.优选的，风电场中风机为双馈异步风力发电机，风速不同时，对系统频率的调节方法不同；当风速为额定风速时，双馈异步风力发电机不在最大功率点跟踪运行，以减少系统频率波动，当风速低于额定风速时，双馈异步风力发电机在最大功率点运行，减小双馈风机功率备用比例以降低系统振荡频率。
12.优选的，所述调频系统调频偏差在额定频率的
±
1%范围内。
13.本发明与现有技术相比有以下有益效果1、分段下垂控制配合双馈风机的惯性阻尼，调频效果好于传统固定增益下的pi桨距角控制，在系统频率波动较小时同样可以发挥作用，通过降低有功功率减小频率振荡幅度。
14.2、本发明当配合模糊逻辑控制时的调频效果比传统的pi桨距角控制要好。
15.3、本发明在风速低于额定风速时，降低双馈风机的功率备用比例能减小频率振荡。
16.4、本发明可以在变化的风速环境下发挥最大作用，对比传统的调频控制方法，其可以产生较大的调频功率备用，调频效果更优。
附图说明
17.图1为调频系统模型图。
18.图2为组合控制风电调频方法流程图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
20.一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，从发电侧角度改善频率的波动性，提高电网的电能质量。
21.调频系统如图1所示，包括同步发电机、风电场和负载。同步发电机为系统提供调频需求，当惯量较低的风电接入较多时，风电场参与系统调频。同步发电机为六阶模型。风电场中风机采用双馈异步风力发电机，风机转速的变化范围在0.7-1.3pu之间。
22.组合控制风电调频方法如图2所示，通过分段下垂控制、模糊桨距角控制和虚拟惯量控制共同作用于风机。分段下垂控制是在频率偏差较大的区域选用较大的下垂增益，频率偏差较小的区域选用较小的下垂增益，在调频死区不采取调频措施，调频系统死区范围为
±
0.05hz范围内。模糊桨距角控制是采用模糊逻辑控制器对输入信号加以改变，加入7个隶属度函数以减少频率波动，使控制器输出信号更平稳。模糊桨距角控制是通过模糊逻辑控制产生桨距角参考值，该参考值再经过sugeno参考机制与反模糊化形成输出信号，在模
糊控制下的分段下垂控制能使风机转速变化范围更小，调频控制过程也更平滑，相比pi桨距角控制的线性控制，模糊桨距角更适合复杂的微电网非线性环境中。风速不同时，对系统频率的调节方法不同；当风速为额定风速时，双馈风机不在最大功率点跟踪运行以减少系统频率波动，当风速低于额定风速时，双馈风机在最大功率点运行，减小双馈风机功率备用比例以降低系统振荡频率。


技术特征：
1.一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：调频系统包括同步发电机、风电场和负载，随着惯量较低的风电接入比例增加，风电场参与系统调频；调频方法包括虚拟惯量控制、分段下垂控制和模糊桨距角控制，虚拟惯量控制、分段下垂控制和模糊桨距角控制共同对风机频率进行调节。2.根据权利要求1所述的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：分段下垂控制，在频率偏差较大的区域选用较大的下垂增益，频率偏差较小的区域选用较小的下垂系数，在调频死区不采取调频措施，有利于不同频率偏差的调频控制。3.根据权利要求1或2所述的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：模糊桨距角控制，配合隶属函数能使模糊逻辑控制器提供更多平稳的输出信号，从而使桨距角的波动范围更小，提高系统调频效果。4.根据权利要求1或2所述的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：虚拟惯量控制，在系统发生突变事件时，能保持系统相对稳定。5.根据权利要求1或2所述的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：风电场中风机为双馈异步风力发电机，风速不同时，对系统频率的调节方法不同；当风速为额定风速时，双馈异步风力发电机不在最大功率点跟踪运行，以减少系统频率波动，当风速低于额定风速时，双馈异步风力发电机在最大功率点运行，减小双馈风机功率备用比例以降低系统振荡频率。6.根据权利要求1或2所述的一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：储能参与调频，在系统频率下降时释放储能以上升系统频率，当系统频率上升时吸收能量来降低可能上升的频率。7.根据权利要求1或2所述一种提高电能质量的组合控制风电调频方法，其特征在于：所述调频系统调频偏差在额定频率的
±
1%范围内。

技术总结
本发明公开了一种提高电能质量的风电组合控制调频方法。微电网调频系统主要由风电场和同步发电机组成，当微电网不断运行的过程中，惯量较低的风电接入比例随之增加，此时风电场会参与微电网调频以满足系统的调频需求。使用分段下垂控制与模糊桨距角协同控制，能使双馈异步风力发电机的频率输出、转速变化和桨距角的波动最小，在变化的风速环境下，可以产生较大的调频功率备用，同时具有最优的调频效果，并且该策略的复杂性较小，便于处理频率调节的相关问题。本发明能够降低风电系统的频率波动性，提高频率的稳定性，在不同的风速变化和负荷变化等不同场景下调频效果都优于传统控制策略，从而改善电网的电能质量以及延长风电机组的使用寿命。电机组的使用寿命。电机组的使用寿命。


技术研发人员：杜欣慧 陈逸瑶 乔左江 薛英男
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/5/25