一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法技术

本发明专利技术公开了属于风电场负荷频率控制技术领域的一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法。包括步骤1：确定风电机组参与系统一次调频的负荷频率控制模型；步骤2：求出风电机组的原始功率，并对风电机组进行固定减载，得到风电机组固定减载后的功率；步骤3：采用小波包分解法对风电机组固定减载后的功率进行分解，选取最低层满足1min和10min波动要求的低频信号作为风电并网功率的期望值；步骤4：采用变结构PID对风电机组的桨距角进行控制，并采用粒子群算法对变结构PID进行参数整定；步骤5：对频率控制品质和风电并网功率的波动性进行验证。本发明专利技术使风电既具有参与系统一次调频的能力，又满足风电并网功率波动要求。又满足风电并网功率波动要求。又满足风电并网功率波动要求。

【技术实现步骤摘要】
一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法


[0001]本专利技术涉及风电场负荷频率控制
，尤其涉及一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源危机加剧，风电作为可靠的可再生能源发展迅速，但是大规模接入对电网的安全稳定运行提出了挑战。因此，改变风电场内机组的输出功率，使风电场参与电力系统调频，对缓解常规机组的调频压力，维持电网功率与频率的稳定都具有重要意义。
[0003]因为对并网风电场输出有功功率1min和10min波动有所限制，所以采用小波包分解法对风电固定减载下的原始出力进行分解，求出满足1min和10min波动的功率期望值，实现平滑减载。小波包分解是一种更精细的分解方法，它不仅对信号的低频部分进行分解，还对高频部分也进行了分解，有助于了解到信号更加细节处的特征，从而提高了时频分辨率，可采用小波包分解法对固定减载下的功率进行分解，将最低层满足1min和10min波动要求的低频信号作为风电并网功率的期望值。
[0004]通过调节桨距角和转速使风电的输出功率尽可能地跟随功率给定值，因其风速具有较大的波动性，传统PID控制控制效果不佳，需要采用变结构PID对桨距角进行控制及风电机组平滑减载参与系统一次调频的方法，在不额外增加储能的前提下，通过调节桨距角和转速来解决常规风电场参与一次调频时并网功率波动大的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：r/>[0006]步骤1：确定风电机组参与系统一次调频的负荷频率控制模型；
[0007]步骤2：根据一组实时风速，求出风电机组的原始功率，并对风电机组进行固定减载，得到风电机组固定减载后的功率；
[0008]步骤3：采用小波包分解法对步骤2得到的风电机组固定减载后的功率进行分解，选取最低层满足1min和10min波动要求的低频信号作为风电并网功率的期望值；
[0009]步骤4：采用变结构PID对风电机组的桨距角进行控制，并采用粒子群算法对变结构PID进行参数整定；
[0010]步骤5：对频率控制品质和风电并网功率的波动性进行验证。
[0011]所述步骤1中的负荷频率控制模型包括：
[0012]调速器模型：
[0013][0014][0015]式中，ΔP
V
为调速器的输入，Δu为控制器输入指令，ΔP
G
为调速器输出指令，R为调差系数，T
g
为调速器惯性时间常数；
[0016]非再热汽轮机模型：
[0017][0018]式中，ΔP
T
为汽轮机输出功率变化，T
t
为汽轮机惯性时间常数；
[0019]发电机与负载模型：
[0020][0021]式中，K
ps
＝1/D，T
ps
＝2H/fD，D是负载频率相关参数，且D＝P
l
/f，P
l
是额定负载，H是惯性常数，f是额定频率；
[0022]含风电的负荷频率响应Δf：
[0023]Δf＝G
P
(s)(ΔP
T
(s)+ΔP
w
(s)
‑
ΔP
D
(s))
[0024]式中，ΔP
D
为负载变化，ΔP
T
为汽轮机输出功率变化，ΔP
w
为风电输出功率；
[0025]风电机组模型：
[0026][0027]式中，P
w
为风电输出功率，R为风机叶片半径；V为风速；ρ为空气的密度；C
p
为风功率转换系数；λ为叶尖速比；β为风机桨距角；ω
r
为风机风轮角速度；
[0028]风力机和发电机转子单质块模型：
[0029][0030]式中，T
m
为发电机的机械转矩；J1为发电机等效的转动惯量，T
e
为发电机的电磁转矩；
[0031]发电机及变流器模型：
[0032][0033]式中，P
e
为发电机的输出电磁功率；为发电机参考功率；T
A
为发电机和变流器等效时间常数。
[0034]所述步骤2风电机组固定减载后的功率P0为：
[0035][0036]所述步骤3中满足1min和10min波动要求的低频信号的选取方法为：
[0037]max{P
pre
(t
‑
i*Δt)}
‑
min{P
pre
(t
‑
i*Δt}＜P
1min
ꢀꢀꢀꢀꢀ
i＝1,2,3,
…
,1min/Δt
[0038]max{P
pre
(t
‑
i*Δt)}
‑
min{P
pre
(t
‑
i*Δt}＜P
10min
ꢀꢀꢀꢀꢀ
i＝1,2,3,
…
,10min/Δt
[0039]式中，P
1min
为1min波动限值，P
10min
为10min波动限值，Δt为风电场输出功率的采样周期。
[0040]所述步骤4中变结构PID的增益函数为：
[0041][0042][0043][0044]式中，k
p
、k
i
、k
d
按常规PID整定；k'
p
、k
″
p
、k
′
i
、k'
d
、k
″
d
为修正系数；ε为系统偏差。
[0045]所述步骤4中采用粒子群算法对变结构PID进行参数整定的优化目标函数为：
[0046]min(∫t|ε(t)|dt)。
[0047]本专利技术的有益效果在于：
[0048]本专利技术得到的风电并网功率，在不增加储能的前提下，使风电既具有参与系统一次调频的能力，又满足风电并网功率波动要求；同时采用变结构PID对桨距角进行控制，大幅度提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。
附图说明
[0049]图1为本专利技术提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法流程示意图。
[0050]图2为风电机组简化模型框图。
[0051]图3为小波包分解风电功率过程图。
[0052]图4为风电参与一次调频的负荷频率控制框图。
[0053]图5为风电参与下和无风电参与下的电网频率变化对比图。
[0054]图6(a)为不同减载方式下1min并网功率波动图。
[0055]图6(b)为不同减载方式下10min并网功率波动图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：确定风电机组参与系统一次调频的负荷频率控制模型；步骤2：根据一组实时风速，求出风电机组的原始功率，并对风电机组进行固定减载，得到风电机组固定减载后的功率；步骤3：采用小波包分解法对步骤2得到的风电机组固定减载后的功率进行分解，选取最低层满足1min和10min波动要求的低频信号作为风电并网功率的期望值；步骤4：采用变结构PID对风电机组的桨距角进行控制，并采用粒子群算法对变结构PID进行参数整定；步骤5：对频率控制品质和风电并网功率的波动性进行验证。2.根据权利要求1所述提升风力机主动支撑能力的平滑减载控制方法，其特征在于，所述步骤1中的负荷频率控制模型包括：调速器模型：调速器模型：式中，ΔP
V
为调速器的输入，Δu为控制器输入指令，ΔP
G
为调速器输出指令，R为调差系数，T
g
为调速器惯性时间常数；非再热汽轮机模型：式中，ΔP
T
为汽轮机输出功率变化，T
t
为汽轮机惯性时间常数；发电机与负载模型：式中，K
ps
＝1/D，T
ps
＝2H/fD，D是负载频率相关参数，且D＝P
l
/f，P
l
是额定负载，H是惯性常数，f是额定频率；含风电的负荷频率响应Δf：Δf＝G
P
(s)(ΔP
T
(s)+ΔP
w
(s)
‑
ΔP
D
(s))式中，ΔP
D
为负载变化，ΔP
T
为汽轮机输出功率变化，ΔP
w
为风电输出功率；风电机组模型：
式中，P
w
为风电输出功率，R为风机叶片半径；V为风速；ρ为空气的密度；C
p
为风功率转换系数；λ为叶尖速比；β为风机桨距角；ω
r
为风机风轮角速度；风力机和发电机转子单质块模型：式中，T
m
为发电机的机械转矩；J1为发电机等...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，李雪寒，周强，任国瑞，刘吉臻，曾德良，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：