一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，涉及风储调频技术领域。本发明专利技术结合当前风速和调频安全裕度作为模糊控制器的输入，得到不同风机、电网运行状态下的可变减载率；将预置的减载率结合风机减载控制准则对风机进行超速减载和变桨距减载功率分配；最后，基于超级电容SOC状态，考虑电网频率偏差以及风机出力状况确定充放电系数和自恢复系数进行备用调频和容量补充。本发明专利技术旨在考虑外界风速、风机运行状态以及电网频率偏差影响下，在保证电网运行稳定前提下，结合超级电容快速响应特性充分发挥风机参与系统的调频能力，进而充分发挥风机以及超级电容调频容量，为风储融合参与电网一次调频提供参考。为风储融合参与电网一次调频提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，属于风储调频


技术介绍

[0002]随着“双碳”政策的提出，新能源装机容量在世界装机占比中迅猛提高，然而随着大量风电装机容量大规模并入电网，对电网电能质量甚至电网安全稳定运行的要求提出了挑战。此外，风电并入电网的同时为发电出力以及环保减排做出了贡献，但是并网后由于风电机组较传统发电机组的惯性支撑能力弱，并在发电过程中伴随着一定的随机性和波动性，所以解决大规模风机并网后出现的频率不稳定现象成为热点问题。
[0003]随着政策的落实，风电场投运已初具规模，风机由于转子动能具有一定的超速减载支撑能力，目前主流的风机调频控制方式主要分为转子动能控制和风机减载控制调频；其中转子动能控制主要分为惯性控制和下垂控制，优点是使风机可以保持最大功率点运行，不会浪费风机功率，缺点是惯性系数和下垂系数整定困难，系数过大容易导致风机转速越限，系数过小则不能充分发挥风机调频能力；风机减载控制主要分为超速减载和变桨距减载，通过使风机提前超速运行于最大功率点前面或提前改变桨距角来预留一定的功率调整裕度，优点是较转自动能控制频率支撑响应时间较长，不容易出现频率二次跌落问题，缺点是需要准确预留减载率和超速与变桨距的切换点。考虑到风电出力的随机性和波动性，提出了运用储能技术来辅助风机调频，而储能元件分为功率型和能量型，典型代表为铅酸电池和飞轮储能。通常，功率型元件功率密度大，响应时间迅速，可支持高频率充放电，但容量较低；能量型元件能量密度高，容量较高，但时间响应较慢，充放电切换次数较低，适于低频长时充放电；为充分发挥风电机组的调频能力，综合评价后选用超级电容适当辅助风电机组调频，在以系统频率稳定的前提下结合风机减载控制，进而充分利用风机和超级电容调频容量，提高调频响应速度和调频可靠性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对背景介绍中所提当前技术存在的不足，本专利技术提供一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，提高了风机在不同运行状况下结合储能辅助参与系统调频的能力。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其中风电机组在多风速段通过超速减载和变桨距减载组合调频，并在非调频时段对电网和储能装置输送电量，储能装置在变桨距减载阶段进行辅助调频，包括以下步骤：
[0007]Step1 构建风储融合一次调频系统，包括由双馈风机组成的风电机组和由超级电容组成的储能单元；双馈风机的调频包括超速减载控制和变桨控制，超级电容储能单元的调频包括下垂控制；
[0008]Step2 根据双馈风机和超级电容的出力特征，针对风速的不同采用对应的一次调频控制方法；
[0009]当电网处于频率稳定状态下，双馈风机通过提前预留的减载率在超速减载模式下的次功率最大点运行；当电网处于频率波动状态下，双馈风机根据提前预留的减载率进行频率调整，当预留减载功率消耗完，继续检测频率偏差，并通过变桨控制和超级电容储能单元互补控制；
[0010]Step3 基于超级电容SOC状态，考虑电网频率偏差以及双馈风机出力状况确定充放电系数和自恢复系数进行备用调频和容量补充。
[0011]进一步的，所述Step1中，双馈风机在捕获外界风速并运行于最大功率点模式下的机械功率为：
[0012][0013]式中，为空气密度，R为风轮半径， 为风速， 为风能利用系数，为叶尖速比，为桨距角，为双馈风机转速，为中间系数；
[0014]超级电容当前SOC计算表达式为：
[0015][0016]式中，为当前电池剩余电量，为当前电荷量， 为电池额定电量， 为电池初始电压， 为电池最高电压， 为电池最小电压， 为电池电流，C为超级电容器电容，t为储能工作时间。
[0017]进一步的，所述Step2中，依据不同风速段双馈风机出力情况不同，设置了对应高、中、低三种不同风速段下风机的预留减载率，考虑调频效果和经济特性的情况下进行次功率点运行。
[0018]所述双馈风机出力包括预留减载率之后的超速减载输出和变桨距输出，其中在预留减载率之后，双馈风机超速减载后运行在次功率最大点的输出为：
[0019][0020]式中，为预留减载率；为在减载后双馈风机输出的超速减载功率；
[0021]其中，具体为运行在最优叶尖速比和桨距角下的次功率最大点输出：
[0022][0023]式中，为风机最佳风能利用系数；
[0024]双馈风机变桨输出功率为：
[0025][0026]式中，为双馈风机最大转速限值。
[0027]进一步的，所述预留减载率根据风速和调频安全裕度在模糊控制算法下得出，其中，调频安全度根据风机当前出力占比和电网历史日均频率偏差进行设置；
[0028]当风速和电网历史日均频率偏差确定时，不同下风速段下调频安全裕度大小可通过如下调频安全裕度函数表示：
[0029][0030]式中，与分别为归一化后的风机可发电功率和电网历史日均频率偏差，越大，风机出力越多，可减载功率越多；越大，频率波动越大，电网稳定性越低，所需减载功率越多；、为函数权重因子。
[0031]根据不同风速段双馈风机调频能力不同，定义以下风速区间：
[0032]低风速区：在此工况下，双馈风机在位于低风速阶段，在切入风速下进入最大功率点运行，风机转速较低，处于风机功率快速上述阶段，当风机仅依靠在减载率且不超过转速限值条件下可以完成超速减载时的风速定义为，计算公式如下：
[0033][0034]为预留减载率下的双馈风机输出的超速减载功率，为风机额定功率；
[0035]中风速区：在此工况下，双馈风机运行于中风速区间，由于风机输出功率的增加，风机减载率相应提高，若双馈风机在一定调频需求下超速减载运行使转子转速达到最大转速限值，此时在超速减载不能满足调频需求的情况下可以结合变桨距角增加调频功率来满足剩下的变桨减载率，其中，为双馈风机转速达到1.2pu时所对应的风速；
[0036]高风速区：在此工况下，双馈风机运行于高风速区间，转子转速已经达到最大转速限值，此时只能通过变桨距控制来实现减载。
[0037]进一步的，所述Step3中，超级电容储能单元进行下垂控制后输出的功率为：
[0038][0039]式中，为超级电容在一定频率偏差下的出力， 为超级电容单位下垂调节系数，为系统t时刻检测到的频率，为系统额定频率；
[0040]其中，超级电容的充放电状态及速率需要考虑电池SOC的状态，结合电池充放电速率和自恢复时刻对电网频率和风机状态的影响，定义以下超级电容单位调节系数：
[0041][0042]式中，为充电恢复系数，为放电恢复系数，为充电速率单位调节系数，
为放电速率单位调节系数，为系统当前频率偏差；
[0043]超级电容储能单元根据获取的SOC状态，在SOC恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其特征在于，风电机组在多风速段通过超速减载和变桨距减载组合调频，并在非调频时段对电网和储能装置输送电量，储能装置在变桨距减载阶段进行辅助调频，包括以下步骤：Step1 构建风储融合一次调频系统，包括由双馈风机组成的风电机组和由超级电容组成的储能单元；双馈风机的调频包括超速减载控制和变桨控制，超级电容储能单元的调频包括下垂控制；Step2 根据双馈风机和超级电容的出力特征，针对风速的不同采用对应的一次调频控制方法；当电网处于频率稳定状态下，双馈风机通过提前预留的减载率在超速减载模式下的次功率最大点运行；当电网处于频率波动状态下，双馈风机根据提前预留的减载率进行频率调整，当预留减载功率消耗完，继续检测频率偏差，并通过变桨控制和超级电容储能单元互补控制；Step3 基于超级电容SOC状态，考虑电网频率偏差以及双馈风机出力状况确定充放电系数和自恢复系数进行备用调频和容量补充。2.根据权利要求1所述的基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其特征在于，所述Step1中，双馈风机在捕获外界风速并运行于最大功率点模式下的机械功率为：；式中，为空气密度，R为风轮半径， 为风速， 为风能利用系数，为叶尖速比，为桨距角，为双馈风机转速，为中间系数；超级电容当前SOC计算表达式为： ；式中，为当前电池剩余电量，为当前电荷量， 为电池额定电量， 为电池初始电压， 为电池最高电压， 为电池最小电压， 为电池电流，C为超级电容器电容，t为储能工作时间。3.根据权利要求1所述的基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其特征在于，所述Step2中，依据不同风速段双馈风机出力情况不同，设置了对应高、中、低三种不同风速段下风机的预留减载率，考虑调频效果和经济特性的情况下进行次功率点运行。4.根据权利要求3所述的基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其特征在于，所述双馈风机出力包括预留减载率之后的超速减载输出和变桨距输出，其中在预留减载率之后，双馈风机超速减载后运行在次功率最大点的输出为：
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；式中，为预留减载率；为在减载后双馈风机输出的超速减载功率；其中，具体为运行在最优叶尖速比和桨距角下的次功率最大点输出： ；式中，为风机最佳风能利用系数；双馈风机变桨输出功率为： ；式中，为双馈风机最大转速限值。5.根据权利要求3或4所述的基于模糊控制减载率的风储融合一次调频控制方法，其特征在于，所述预留减载率根据风速和调频安全裕度在模糊控制算法下得出，其中，调频安全度根据风机当前出力占比和电网历史日均频率偏差进行设置；当风速和电网历史日均频率偏差确定时，不同下风速段下调频安全裕度大小可通过如下调频安全裕度函数表示： ；式中，与分别为归一化后的风机可发电功率和电网历史日均频率偏差，越大，风机出力越多，可减载功率越多；越大，频率波动越大，电网稳定性越低，所需减载功率越多；、为函数权重因子。6.根据权利要求3所述的基于模糊控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，陈靖，王广雪，董俊，韩一鸣，何业福，时波涛，李建男，张焦婕，朱柳青，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：