一种风电机组与储能协调调频控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于风电系统领域，提供了一种风电机组与储能协调调频控制方法及系统。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。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组与储能协调调频控制方法及系统
本专利技术属于风电系统领域，尤其涉及一种风电机组与储能协调调频控制方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着风电快速发展，风电在系统中的比重逐渐提升，系统安全稳定运行受到严重挑战，提升风电系统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。专利技术人发现，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，对系统频率恢复和机组自身载荷均呈现不利影响。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种风电机组与储能协调调频控制方法及系统，其能够实现风电平稳支撑，同时避免系统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，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术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。本专利技术的第二个方面提供一种风电机组与储能协调调频控制系统。一种风电机组与储能协调调频控制系统，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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术的有益效果是：本专利技术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系统冲击；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。本专利技术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，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是传统惯量响应有功功率变化过程示意图；图2是本专利技术实施例的风电机组和储能协调调配控制系统拓扑；图3是本专利技术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专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
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专利技术的示例性实施方式。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。式中，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/吸收转子动能参与系统频率调节即综合惯量控制，其常规方程如式(2)。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为系统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(系统频率二次跌落)，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，同时避免系统频率二次跌落和恢复过程中的载荷冲击，本专利技术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，并优化系统频率响应，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)。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为风储系统总输出功率；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。...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞明，丁磊，代林旺，齐琛，付德义，鲍威宇，
申请(专利权)人：山东大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37