一种风储联合调频的协调控制方法及储能配置方法技术

本发明专利技术公开了一种风储联合调频的协调控制方法及储能配置方法，包括协调控制方法，该方法包括如下步骤：重复对系统频率进行监测，直至系统频率小于系统频率下限时，进入下一步骤；惯量响应阶段，当风机处于中风速区间时，由风机提供惯量响应，并利用风机转子动能进行调频；当风机不处于中风速区间时，则由储能装置提供惯量响应，并启动储能装置进行调频；重复上一步骤，直至风机转子转速不再继续减小或者系统频率偏差变化率等于零，进行转子转速恢复阶段；由储能装置辅助转子转速恢复；重复上一步骤直至风机转子转速恢复正常，流程结束；本发明专利技术还包括储能配置方法；本发明专利技术通过储能装置辅助风机能够有效地补偿风机在低风速下的惯量需求。量需求。量需求。

【技术实现步骤摘要】
一种风储联合调频的协调控制方法及储能配置方法


[0001]本专利技术属于电网调频
，尤其涉及一种风储联合调频的协调控制方法及储能配置方法。

技术介绍

[0002]由于风机机械与电气部分解耦，无法通过固有惯量及时响应电网频率变化，从而随着电网风电渗透率的不断增加，导致系统惯量降低，增加频率偏移；为保证风电系统调频能力，国外部分高渗透国家明确指出并网风电场应该和常规发电机组一样具备一次调频能力；在我国，国家标准GB/T19963
‑
2011《风电场接入电力系统技术规定》指出：风电场应符合DL/T1040标准，具备参与电力系统调频的能力。
[0003]目前，针对大规模风电场接入系统后频率制程能力下降的问题，国内外许多学者对其控制策略进行了深入研究；常见的控制策略有：利用风机转子动能为系统提供惯性支撑的虚拟惯量控制；偏移最大功率跟踪点，预留一定有功备用的转子超速和桨距角控制，或下垂控制，以及有多种控制策略组合的控制方法。在惯量结束后，大量风电机组同时进入转子转速恢复，容易导致系统频率二次跌落，而超速和桨距角控制使风电机组偏移最大功率跟踪点，大大降低了经济性；上述控制策略虽取得较好的控制效果，但仅仅依靠风电机组自身调频，依然存在部分问题。同时，虽然风电场内所有风电机组受到的频率扰动相同，但各机组所处风速不同，运行状态不同，其提供的惯量不同；在系统扰动清除后，风电机组恢复到调频动作前的最大功率跟踪点运行状态，需要的额外补偿功率也不同；所以，如何优化配置储能容量，并利用储能辅助双馈感应风力发电机实现不同风速下的动态调频能力，是一个值得进一步研究的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种能够利用储能辅助风机实现不同风速下的动态调频的控制方法，具体为一种风储联合调频的协调控制方法。
[0005]本专利技术提供了一种风储联合调频的协调控制方法，该协调控制方法包括如下步骤：步骤1：重复对风储系统的系统频率进行监测，直至系统频率小于系统频率下限时，判断风机是否处于中风速区间；步骤2：惯量响应阶段，当风机处于中风速区间时，由风机提供惯量响应，并利用风机转子动能进行调频；其中中风速区间的区间值为11.7m/s~13m/s；当风机不处于中风速区间时，比较储能装置荷电状态与荷电状态下限的大小，当储能装置荷电状态大于等于荷电状态下限时，则由储能装置提供惯量响应，并启动储能装置进行调频；步骤3：联合风机提供的惯量响应和储能装置提供的惯量响应，分析风机转子转速或者系统频率状态，当风机转子转速不再继续减小或者系统频率偏差变化率等于零，进行
步骤4，否则重复步骤2；步骤4：转子转速恢复阶段，当储能装置荷电状态大于等于荷电状态下限时，由储能装置辅助风机转子转速恢复；否则由常规机组辅助转子转速恢复；步骤5：判断风机转子转速是否恢复正常，如果恢复正常则流程结束，否则重复步骤4。
[0006]本专利技术的另一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种避免因风机退出造成系统频率二次跌落的储能配置方法，具体为一种储能配置方法，用于配置上述协调控制方法中储能装置的容量。
[0007]优选的，储能装置的容量不小于风机额定功率的4.08%。
[0008]优选的，包括如下计算过程：在惯量响应阶段，用于惯量响应的能量由储存在风机转子中的旋转动能E
K
提供，则旋转动能E
K
表示为：其中，J为风机总转动惯量，ω为风机转子转速；风机惯量的大小由惯性时间常数H表示，惯性时间常数H表示为：其中，S
N
为风机的额定容量；类比上式得到风机和储能装置的虚拟惯量时间常数H
W
‑
B
，H
W
‑
B
表示为：其中，n为风电场中风机的数量，E
B
为储能装置存储的等效动能，S
N_WB
为风机和储能装置的总额定容量；
△
E
opi
为第i台风机的转子总功率，且
△
E
opi
=
△
E
op
=
△
E
k
‑△
E
loss
；其中
△
E
op
为风机转子侧总功率，表示为：
△
E
k
为转子总释放动能，表示为：
△
E
loss
为转子转速降低导致的转子额外损失的风能，表示为：其中，
△
E
op
为风机转子侧总功率，P
A
为调频前功率跟踪点功率，P
e
(t)为输出电磁
功率，P
w
(t)为输入机械功率，
△
E
k
为转子总释放动能，J为风机总转动惯量，
△
E
loss
为转子转速降低导致的转子额外损失的风能，t
on
和t
off
分别为调频起始和惯量退出时刻，ω
Ａ
为初始转子转速，ω
c
为退出转子转速；风机和储能装置的虚拟惯量时间常数H
W
‑
B
与转子转速ω的关系式，则关系式表示为：当风机处于低风速时，由储能装置提供惯量响应，且风机转子转速的变化范围为0.96~1 pu，则风机能够释放的转子最大旋转动能为：存储的旋转动能为：存储的旋转动能为：其中，T
J
为惯量参与调频控制时间，P
N
为同步发电机的额度容量；储能装置在
△
t时间内释放与等额风机相同的惯量，即：其中，P
B
为储能装置的容量；根据
△
t=T
J
，则，则其中P
N
为同步发电机的额定容量，且P
N
=P
W
+P
B
；P
W
表示风电场中风机的额定功率。
[0009]优选的，由上式得到，配置储能装置的容量为风电场中风机的额定功率的5%。
[0010]优选的，还包括当储能装置荷电状态接近极限状态时，修正储能装置荷电状态，荷电状态为0.9p.u时，即为接近极限状态上限；荷电状态为0.1p.u时，即为接近极限状态下限；储能装置荷电状态的修正公式为：限；储能装置荷电状态的修正公式为：其中，SOC
t
为t时刻储能荷电水平；η为充放电效率；P
B
为储能装置的容量；P
t
为正表示充电，为负表示放电；β为充放电速度控制因子。
[0011]优选的，储能装置通过以下计算公式进行选型：优选的，储能装置通过以下计算公式进行选型：其中，y为储能装置的经济效益指数，R
out
为储能装置的电能出价，R
in
为储能装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风储联合调频的协调控制方法，其特征在于，该协调控制方法包括如下步骤：步骤1：重复对系统频率进行监测，直至系统频率小于系统频率下限时，判断风机是否处于中风速区间；步骤2：惯量响应阶段，当风机处于中风速区间时，由风机提供惯量响应，并利用风机转子动能进行调频；当风机不处于中风速区间时，且储能装置荷电状态大于等于荷电状态下限时，则由储能装置提供惯量响应，并启动储能装置进行调频；步骤3：联合风机提供的惯量响应和储能装置提供的惯量响应，重复步骤2，直至风机转子转速不再继续减小或者系统频率偏差变化率等于零，进行转子转速恢复阶段；步骤4：转子转速恢复阶段，当储能装置荷电状态大于等于荷电状态下限时，由储能装置辅助转子转速恢复；否则由常规机组辅助转子转速恢复；步骤5：重复步骤4直至风机转子转速恢复正常，流程结束。2.一种储能配置方法，用于配置权利要求1所述储能装置的容量，其特征在于，储能装置的容量不小于风机的额定功率的4.08%。3.根据权利要求2所述的一种储能配置方法，其特征在于，包括如下计算过程：在惯量响应阶段，用于惯量响应的能量由储存在风机转子中的旋转动能E
K
提供，旋转动能E
K
表示为：其中，J为风机总转动惯量，ω为风机转子转速；风机惯量的大小由惯性时间常数H表示，惯性时间常数H表示为：其中，S
N
为风机的额定容量；类比上式得到风机和储能装置的虚拟惯量时间常数H
W
‑
B
，H
W
‑
B
表示为：其中，n为风电场中风机的数量，
△
E
opi
为第i台风机的转子总功率，E
B
为储能装置存储的等效动能，S
N_WB
为风机和储能装置的总额定容量；
△
E
opi
=
△
E
op
=
△
E
k
‑△
E
loss
；其中
△
E
op
为风机转子侧总功率，表示为：
△
E
k
为转子总释放动能，表示为：
△
E
loss
为转子转速降低导致的转子额外损失的风能，表示为：其中，
△
E
op
为风机转子侧总功率，P
A
为调频前功率跟踪点功率，P
e
(t)为输出电磁功率，P
w
(t)为输入机械功率，
△
E

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣然，陈长青，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：