大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统及方法，其包括：风轮模块、液压主传动系统模块、多个发电子系统模块和电网监测模块，多个发电子系统按照规划顺序进行切入切出，实现全功率范围内的功率平滑切换；当频率控制器预测到电网负荷变化，需要对风电机组有功功率输出进行调整时，电网监测模块中的频率控制器根据机组运行状态、风功率预测结果和监测到的电网负荷变化对风轮模块中的EHA变桨系统和各发电子系统中的液压元件提前进行控制，以增加或减少风电机组的有功功率输出，使风轮捕获的风能与电网负荷相匹配，有效地抑制电网频率波动，并且弥补系统相响应滞后的不足。滞后的不足。滞后的不足。

【技术实现步骤摘要】
大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统及方法


[0001]本申请涉及风力发电
，具体地涉及一种大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统及方法。

技术介绍

[0002]近些年可再生能源机组装机容量迅速增加，其并网方式从局部并网转为多地区的集中式与分布式并网。随着风电机组渗透率的提高，风电机组出力的间歇性开始对电网整体运行产生影响。风电机组占比的提升导致电力系统的惯性响应能力明显降低，系统惯性降低对频率安全的影响逐渐凸显。因此，在高风电占比电力系统中如何保证系统频率质量，是风电并网面临的首要问题之一。
[0003]部分国家风力发电发展较早且风电在其电力系统的总渗透率已经有较高的水平，为保证电力系统运行的安全稳定，这些国家对风电场的频率调节能力做出了一些具体要求。我国对于风电场的频率调节能力也做出了相应的要求：在部分风能富集地区风电渗透率已经具有较高水平，为此要求风电场应具备参与电力系统调频和备用的能力，当风电场有功功率在总额定出力的20％以上时，对于场内有功出力超过额定容量的20％的所有风电机组，能够实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。目前，已有针对液压型风电机组调频控制的相关专利技术，能够从不同层面解决部分风电场的频率调节问题。
[0004]中国专利CN107781111B提出了一种储能式液压型风力发电机组一次调频系统及控制方法。该系统在机组运行过程中,针对电网频率的瞬时动态波动,利用液压马达储能子系统实现对液压型风力发电机组输出频率的动态平衡。但是该方法未进行风功率预测，且由于系统响应具有一定的滞后性，因此无法实现提前进行有功功率匹配控制，抑制电网频率波动。
[0005]中国专利CN111980856A公开了一种基于负荷预测的储能式液压型风力发电机组调频控制方法。根据检测到的电网数据来预测未来的负荷情况,在预测到负荷波动时,通过控制风轮模块桨距角、液压主传动系统模块变量马达摆角、液压储能系统模块变量泵/马达摆角控制系统输出的有功功率,提前响应负荷波动来稳定发电机的频率。但是该方法适用的以单泵
‑
单马达为主传动系统的风电机组容量较小，不易实现大型化，具有一定局限性。
[0006]现有的液压型风电机组调频控制方法不能够很好地适应风电机组大型化的发展趋势，因此，需要提供一种新型的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统及方法。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种针对大功率等级的储能式液压型风电机组的调频控制系统及方法。基于本专利技术提出的风电机组的调频控制系统，通过风轮来流预测得到的功率曲线、感知自身状态和采集网侧负荷变化，结合功率平稳出输和调频控制需求，提前规划风力机桨距角、变量马达摆角、液压储能系统变量泵/马达摆角，实
现自适应、自组织、自学习和自协调匹配网侧频率变化。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0009]一种大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其包括：风轮模块、液压主传动系统模块、多个发电子系统模块、电网和电网监测模块；
[0010]所述风轮模块包括激光雷达测风仪、EHA独立变桨系统和风轮，所述风轮模块与所述液压主传动系统模块同轴刚性连接；
[0011]所述液压主传动系统模块包括主传动轴、同轴定量泵组、第一转速转矩传感器、流量传感器、高压管路和低压管路；所述同轴定量泵组从所述低压管路吸油，所述同轴定量泵组的压油口通过所述高压管路向所述多个发电子系统模块输出高压油；
[0012]所述多个发电子系统模块包括一个发电子系统I和N个发电子系统II，N大于等于1，所述发电子系统I包括第一变量马达、第二传动轴、第一液压储能子系统、第三传动轴、第一发电机和第一并网系统，所述第一液压储能子系统包括第一变量泵/马达、第一气囊式蓄能器、第一活塞式蓄能器和第一氮气瓶；所述N个发电子系统II中第i发电子系统II包括第i+1变量马达、第i电磁开关阀、第3i+1传动轴、第i定量马达、第3i+2传动轴、第i+1液压储能子系统、第3i+3传动轴、第i+1发电机和第i+1并网系统，所述第i+1液压储能子系统包括第i+1变量泵/马达、第i+1气囊式蓄能器、第i+1活塞式蓄能器和第i+1氮气瓶；所述多个发电子系统模块向所述电网输送电能；
[0013]所述电网监测模块包括多功能仪表和频率控制器，所述电网监测模块实时监测所述电网负荷变化。
[0014]可优选的是，所述发电子系统I通过调整所述第一变量马达的摆角实现不同流量下的发电机组的功率平滑运行，所述第一变量马达与所述第一变量泵/马达通过所述第二传动轴同轴连接，所述第一变量泵/马达与所述第一发电机通过所述第二传动轴连接，在所述第二传动轴和第三传动轴上分别设置第二转速转矩传感器和第三转速转矩传感器，所述第一变量马达的进油口与所述高压管路连接，所述第一变量马达的出油口与所述低压管路连接，所述第一变量泵/马达通过所述第三传动轴驱动所述第一发电机发电，通过所述第一并网系统输出电能到所述电网；所述第i发电子系统II中的第i+1变量马达与第i定量马达通过第3i+1传动轴同轴连接，所述第i+1变量马达与第i+1液压储能子系统中的第i+1变量泵/马达通过第3i+2传动轴同轴连接，第i+1变量泵/马达与第i+1发电机通过第3i+3传动轴同轴连接，在所述第3i+2传动轴和第3i+3传动轴上分别设置第2i+2转速转矩传感器和第2i+3转速转矩传感器，所述第i+1变量马达进油口和第i电磁开关阀的进油口与所述高压管路相连，所述第i+1变量马达和第i定量马达出油口与所述低压管路相连，所述第i电磁开关阀的出油口与第i定量马达进油口相连，所述第i+1变量泵/马达通过第3i+3传动轴驱动第i+1发电机发电，通过第i+1并网系统输出电能到所述电网。
[0015]可优选的是，所述第一变量马达排量D1为0至D，第i定量马达排量D
i+1
为2
i
‑1D，所述第一变量马达与定量马达的组合实现风电机组额定功率内的全功率切换；在风电机组运行过程中，液压马达总排量与流量传感器采集的流量数值相匹配。
[0016]可优选的是，所述EHA独立变桨系统包括偏心盘、液压缸位移传感器、蓄能器、第一溢流阀、第一单向阀、双向定量泵、第一传动轴、伺服电动机、变频器、第二单向阀、第二溢流阀、液压缸和变桨轴承；所述频率控制器输入端分别连接所述激光雷达测风仪、第一转速转
矩传感器、流量传感器、第二转速转矩传感器、第三转速转矩传感器、第2i+2转速转矩传感器、第2i+3转速转矩传感器和液压缸位移传感器；所述频率控制器输出端分别连接所述变频器、第一变量马达、第一变量泵/马达、第i+1变量马达、第i+1变量泵/马达、第i电磁开关阀。
[0017]可优选的是，所述激光雷达测风仪安装在机舱顶部，所述风轮通过所述主传动轴与所述同轴定量泵组同轴刚性连接，所述主传动轴上设置第一转速转矩传感器，所述频率控制器与所述变频器输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其特征在于，其包括：风轮模块、液压主传动系统模块、多个发电子系统模块、电网和电网监测模块；所述风轮模块包括激光雷达测风仪、EHA独立变桨系统和风轮，所述风轮模块与所述液压主传动系统模块同轴刚性连接；所述液压主传动系统模块包括主传动轴、同轴定量泵组、第一转速转矩传感器、流量传感器、高压管路和低压管路；所述同轴定量泵组从所述低压管路吸油，所述同轴定量泵组的压油口通过所述高压管路向所述多个发电子系统模块输出高压油；所述多个发电子系统模块包括一个发电子系统I和N个发电子系统II，N大于等于1，所述发电子系统I包括第一变量马达、第二传动轴、第一液压储能子系统、第三传动轴、第一发电机和第一并网系统，所述第一液压储能子系统包括第一变量泵/马达、第一气囊式蓄能器、第一活塞式蓄能器和第一氮气瓶；所述N个发电子系统II中第i发电子系统II包括第i+1变量马达、第i电磁开关阀、第3i+1传动轴、第i定量马达、第3i+2传动轴、第i+1液压储能子系统、第3i+3传动轴、第i+1发电机和第i+1并网系统，所述第i+1液压储能子系统包括第i+1变量泵/马达、第i+1气囊式蓄能器、第i+1活塞式蓄能器和第i+1氮气瓶；所述多个发电子系统模块向所述电网输送电能；所述电网监测模块包括多功能仪表和频率控制器，所述电网监测模块实时监测所述电网负荷变化。2.根据权利要求1所述的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其特征在于，所述发电子系统I通过调整所述第一变量马达的摆角实现不同流量下的发电机组的功率平滑运行，所述第一变量马达与所述第一变量泵/马达通过所述第二传动轴同轴连接，所述第一变量泵/马达与所述第一发电机通过所述第二传动轴连接，在所述第二传动轴和第三传动轴上分别设置第二转速转矩传感器和第三转速转矩传感器，所述第一变量马达的进油口与所述高压管路连接，所述第一变量马达的出油口与所述低压管路连接，所述第一变量泵/马达通过所述第三传动轴驱动所述第一发电机发电，通过所述第一并网系统输出电能到所述电网；所述第i发电子系统II中的第i+1变量马达与第i定量马达通过第3i+1传动轴同轴连接，所述第i+1变量马达与第i+1液压储能子系统中的第i+1变量泵/马达通过第3i+2传动轴同轴连接，第i+1变量泵/马达与第i+1发电机通过第3i+3传动轴同轴连接，在所述第3i+2传动轴和第3i+3传动轴上分别设置第2i+2转速转矩传感器和第2i+3转速转矩传感器，所述第i+1变量马达进油口和第i电磁开关阀的进油口与所述高压管路相连，所述第i+1变量马达和第i定量马达出油口与所述低压管路相连，所述第i电磁开关阀的出油口与第i定量马达进油口相连，所述第i+1变量泵/马达通过第3i+3传动轴驱动第i+1发电机发电，通过第i+1并网系统输出电能到所述电网。3.根据权利要求1所述的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其特征在于，所述第一变量马达排量D1为0至D，第i定量马达排量D
i+1
为2
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‑1D，所述第一变量马达与定量马达的组合实现风电机组额定功率内的全功率切换；在风电机组运行过程中，液压马达总排量与流量传感器采集的流量数值相匹配。4.根据权利要求2所述的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其特征在于，所述EHA独立变桨系统包括偏心盘、液压缸位移传感器、蓄能器、第一溢流阀、第一单向阀、双向定量泵、第一传动轴、伺服电动机、变频器、第二单向阀、第二溢流阀、液压缸和变
桨轴承；所述频率控制器输入端分别连接所述激光雷达测风仪、第一转速转矩传感器、流量传感器、第二转速转矩传感器、第三转速转矩传感器、第2i+2转速转矩传感器、第2i+3转速转矩传感器和液压缸位移传感器；所述频率控制器输出端分别连接所述变频器、第一变量马达、第一变量泵/马达、第i+1变量马达、第i+1变量泵/马达、第i电磁开关阀。5.根据权利要求1所述的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统，其特征在于，所述激光雷达测风仪安装在机舱顶部，所述风轮通过所述主传动轴与所述同轴定量泵组同轴刚性连接，所述主传动轴上设置第一转速转矩传感器，所述频率控制器与所述变频器输入端连接，所述变频器输出端与所述伺服电动机连接，控制所述伺服电动机转动，所述伺服电动机与所述双向定量泵通过所述第一传动轴同轴刚性连接，所述双向定量泵第一油口分别与所述第一溢流阀进油口、第一单向阀的出油口和液压缸有杆腔油口连接，所述双向定量泵第二油口分别与所述第二溢流阀进油口、第二单向阀的出油口和液压缸无杆腔油口连接，蓄能器油口分别与第一溢流阀出油口、第二溢流阀出油口、第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口连接，所述液压缸推杆端部与所述偏心盘非刚性连接，所述液压缸推杆上设置所述液压缸位移传感器，所述偏心盘固定在所述变桨轴承内圈上。6.一种利用权利要求1所述的大功率等级的储能式液压型风电机组调频控制系统进行风电机组调频控制的方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：判断风电机组是否处于额定功率运行，当风电机组处于额定功率运行时，发电子系统I和N个发电子系统II均处于并网状态，进入步骤2；当风电机组处于部分功率运行时，发电子系统I和M个发电子系统II处于并网状态，M小于N，进入步骤5；步骤2：判断电网负荷状态是增加还是减少，当频率控制器监测到电网负荷增加时，进入步骤3；当频率控制器监测到电网负荷减少时，进入步骤4；步骤3：频率控制器控制EHA变桨系统减小叶片桨距角，频率控制器控制第一变量马达增加摆角，频率控制器控制发电子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾超，常佳飞，姜继尚，高伟，陈文婷，李丹阳，孔祥东，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：