风电机组一次调频控制方法、装置、设备和存储介质与流程

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1.本发明属于新能源并网技术领域，尤其涉及一种风电机组一次调频控制方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

2.风电作为目前已经较为成熟的新能源发电方式，在电力系统中的渗透率越来越高。由于风机转子与电网频率解耦，风电一般不参与系统调频，从而大规模风电接入电网会明显减弱系统的调频能力，同时会对电网的稳定性造成影响。针对风电场接入电网对系统频率跌落事件可能造成的影响，当前国内外电网导则明确提出并网风电场需要和常规发电厂一样具有参与系统一次调频的能力。例如我国国家标准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、调峰和备用的能力。
3.为了满足上述要求，有效解决负荷突变引起的频率快速跌落问题，许多学者开始在风电机组层面探究风电机组参与系统一次调频的控制策略，通过在风电并网系统中利用风电机组电力电子接口设备的快速动态响应进行功率补偿参与一次调频，主要的调频策略包括综合惯性控制、短时功率增发控制、虚拟同步机控制以及功率备用控制。
4.其中，综合惯性控制能够提高系统对频率的调节能力，为使风电机组具有持续调频能力，风电机组可采用降载运行方式提供功率储备，但为了兼顾调频需求和经济性，降载运行更适用于高风速机组，风电场中风电机组大部分以中低风速运行时难以参与调频。同时，综合惯性控制涉及一次调频后的转速恢复过程，此过程吸收有功功率，将引发系统频率二次跌落。另外，综合惯性控制动作具有自发性，不能作为主动控制手段。
5.相较于综合惯性控制，短时功率增发控制能人为设定功率参考值，调频更具主动性。有学者提出基于跟踪曲线的短时功率增发控制，在风电机组转子侧变流器加入有功增量，以降低转速移动工作点，从而减小功率输出，削弱切换过程的频率二次跌落，然而该策略调频和转速恢复阶段时间长，不适用于功率波动频繁的场景。

技术实现要素：

6.基于此，有必要针对风电机组灵活性不足、应用场景限制度高的问题，提供一种风电机组一次调频控制方法、装置、设备和存储介质。
7.第一方面，风电机组一次调频控制方法，该方法包括：
8.计算rocof(rate of change of frequency，频率变化率)；
9.若频率变化率小于第一阈值，采用综合惯性控制，若大于等于第一阈值，则采用短时功率增发控制。
10.本发明通过将频率变化率进行分段，分成若干个区间，不同区间采用不同的控制方法，当频率变化率小于第一阈值，综合惯性控制抑制频率波动，若大于等于第一阈值，短时功率增发控制更具主动性，从而可以克服各自单独使用时存在的缺陷，大大提升风电机
组调频适应能力。
11.其中，设置第二阈值，第二阈值小于第一阈值，当频率变化率小于第二阈值，采用综合惯性控制抑制频率波动；当频率变化率介于第二阈值和第一阈值之间，采用综合惯性控制，且在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；当频率变化率大于等于第一阈值，采用短时功率增发控制，且与转速恢复相配合。本发明递增转速恢复，从而克服短时功率增发控制调频和转速恢复阶段时间长，不适用于功率波动频繁的缺陷。
12.其中，rocof的计算方法是：
[0013][0014]
其中，
△
p
unb
为功率不平衡量，hs为系统等效惯性时间常数，满足hs＝hg(1-p)，p为风电渗透率，hg为同步发电机组等效惯性时间常数，kj为风电机组综合惯性控制的虚拟惯性系数。
[0015]
其中，所述一次调频控制方法输出的参考有功功率和无功功率经矢量控制得到转子轴电压参考值，并产生空间矢量脉宽调制信号控制风机转子侧变流器。
[0016]
其中，所述短时功率增发控制采用利用粒子算法(pso)对给定风速下的整形参数进行优化，以达到最小化频率最低点、最小化rocof的目标。
[0017]
其中，进行一次调频控制之前，先执行判断系统频率偏差的绝对值是否大于死区范围的步骤。只有在大于死区范围才进行调频。
[0018]
第二方面，风电机组一次调频控制装置，该装置包括：
[0019]
rocof计算模块，用于计算rocof；
[0020]
判断模块，用于判断频率变化率是否小于第一阈值，如果是，则执行综合惯性控制模块，否则执行短时功率增发控制模块；
[0021]
综合惯性控制模块，用于采用综合惯性控制；
[0022]
短时功率增发控制模块，用于采用短时功率增发控制。
[0023]
在其中一个实施例中，风电机组一次调频控制装置还包括转速恢复模块，判断模块中设置第二阈值，第二阈值小于第一阈值，当频率变化率小于第二阈值，综合惯性控制模块启动能够抑制频率波动；当频率变化率介于第二阈值和第一阈值之间，使用综合惯性控制模块，在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；当频率变化率大于等于第一阈值，采用短时功率增发控制模块，并与转速恢复模块相配合。
[0024]
第三方面，一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。
[0025]
第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。
[0026]
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0027]
本发明通过将频率变化率分为若干个区间，频率变化率区间小时采用综合惯性控制，大时采用短时功率增发控制，从而克服两种控制方法分别控制时各自具有的缺陷；同时在综合惯性控制和短时功率增发控制之间采用递增转速恢复，从而克服短时功率增发控制调频和转速恢复阶段时间长的缺陷；本发明利用粒子算法实现短时功率增发控制的改
进，进一步提高了控制的效率。
附图说明
[0028]
图1是本发明实施例中风电机组一次调频控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0029]
本发明提供的风电机组一次调频控制方法、装置、设备和存储介质，旨在解决现有风电机组并入电网时调频能力较低的问题。下面将通过实施例并结合附图具体地对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
[0030]
图1为一个实施例中风电机组一次调频控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
[0031]
s101、死区判定。判断系统频率偏差的绝对值|δf|是否大于死区范围δf
band
，若大于则继续步骤s102，否则不参与调频。
[0032]
s102、计算rocof。
[0033]
风电机组利用综合惯性参与调频后，系统的动态响应方程等效为：
[0034][0035]
其中：hs为系统等效惯性时间常数，满足hs＝hg(1-p)，p为风电渗透率，hg为同步发电机组等效惯性时间常数，ds为等效阻尼系数，p
gi
和p
l
分别为同步发电机i和负荷的功率，kj和kd分别为风电机组综合惯性控制的虚拟惯性系数和下垂系数。
[0036]
将公式(1)进行线性化，考虑功率不平衡量
△
p
unb
，得系统初始rocof为：
[0037][0038]
s103、设置第一阈值和第二阈值，将rocof划分为不同区间，采用不同的控制方法实现风电辅助调频的优化。在实际电网运行中只要运行方式确定，系统参数在短期内将不发生变化，在故障发生前可在线评估得到，从而基于不同的频率响应区，采用相应的调频策略实现风电机组参与调频的优化。
[0039]
本实施例中第一阈值为f1，第二阈值设定为0.5f1，各rocof区间的控制方法如下：
[0040]
(1)当0≤f(t0)《0.5f1时，通过综合惯性控制抑制频率波动；
[0041]
(2)当0.5f1≤f(t0)《f1时，通过综合惯性控制，在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；
[0042]
(3)当f(t0)≥f1时，切换为短时功率增发控制，并与上述转速恢复相配合。
[0043]
风电机组降载采用经典的定比例备用持留方式，降载后功率：
[0044]
p
de
＝(1-d)p
mppt
ꢀꢀꢀ
(3)
[0045]
其中：d为降载系数。
[0046]
在本发明一个实施例中，短时功率增发控制主要利用粒子算法(pso)对给定风速下的整形参数进行优化，以达到最小化频率最低点、最小化rocof等目标，能够有效减小
调频和转速恢复阶段切换过程的功率偏差，不至于在阶段切换时会引起巨大的频率二次跌落。
[0047]
利用粒子算法(pso)进行优化过程中，适应度函数是连接搜索算法和问题的唯一纽带。因此，它的选择应充分反映性能跨所有设计目标和系统约束给定的一组整形参数。
[0048]
fitness＝p+(w1×
fit1)+(w2×
fit2)+(w3×
fit3)
[0049][0050]
fit1＝|f
ref-min(f)|
ꢀꢀꢀ
(4)
[0051]
fit2＝sse|f
ref-f|
[0052]
fit3＝max(rocof)
[0053]
其中p是罚函数，f
ref
是参考频率(50hz)，f是给定一组整形参数的频率响应，sse是误差的平方和，rocof是频率变化率，w1,w2,w3是权重。适应度函数由四部分组成。第一部分，“p”评估系统约束；如果违反了任何约束，将受到高惩罚。对于给定的一组整形参数，将评估以下约束条件：检查转子转速的下限和上限(针对所有风速)，并检查功率过大(针对高风速)，以确保发电机和变流器不超载。对于一组给定的整形参数，fit1评估频率最低点的性能。fit2评估支持后的频率性能，fit3评估rocof。可以看出，整体适应度函数是一个利益冲突的多目标函数。为了保持不同目标之间的平衡，每一部分的功能都乘以不同的权重。
[0054]
本实施例还提供一种风电机组一次调频控制装置，该装置包括：
[0055]
rocof计算模块，用于计算rocof；
[0056]
判断模块，用于判断频率变化率是否小于第一阈值，如果是，则执行综合惯性控制模块，否则执行短时功率增发控制模块；
[0057]
综合惯性控制模块，用于采用综合惯性控制；
[0058]
短时功率增发控制模块，用于采用短时功率增发控制。
[0059]
在其中一个实施例中，风电机组一次调频控制装置还包括转速恢复模块，判断模块中设置第二阈值，第二阈值小于第一阈值，当频率变化率小于第二阈值，综合惯性控制模块启动能够抑制频率波动；当频率变化率介于第二阈值和第一阈值之间，使用综合惯性控制模块，在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；当频率变化率大于等于第一阈值，采用短时功率增发控制模块，并与转速恢复模块相配合。
[0060]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。
[0061]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。
[0062]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom
(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0063]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0064]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种风电机组一次调频控制方法，其特征在于，该方法包括：计算rocof；若频率变化率小于第一阈值，采用综合惯性控制，若大于等于第一阈值，则采用短时功率增发控制。2.根据权利要求1所述的风电机组一次调频控制方法，其特征在于，设置第二阈值，第二阈值小于第一阈值，当频率变化率小于第二阈值，采用综合惯性控制抑制频率波动；当频率变化率介于第二阈值和第一阈值之间，采用综合惯性控制，且在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；当频率变化率大于等于第一阈值，采用短时功率增发控制，且与转速恢复相配合。3.根据权利要求1或2所述的风电机组一次调频控制方法，其特征在于，其中，rocof的计算方法是：其中，δp
unb
为功率不平衡量，h
s
为系统等效惯性时间常数，满足h
s
＝h
g
(1-p)，p为风电渗透率，h
g
为同步发电机组等效惯性时间常数，k
j
为风电机组综合惯性控制的虚拟惯性系数。4.根据权利要求1或2所述的风电机组一次调频控制方法，其特征在于，其中，所述一次调频控制方法输出的参考有功功率和无功功率经矢量控制得到转子轴电压参考值，并产生空间矢量脉宽调制信号控制风机转子侧变流器。5.根据权利要求1或2所述的风电机组一次调频控制方法，其特征在于，其中，所述短时功率增发控制采用利用粒子算法对给定风速下的整形参数进行优化，以达到最小化频率最低点、最小化rocof的目标。6.根据权利要求1或2所述的风电机组一次调频控制方法，其特征在于，其中，进行一次调频控制之前，先执行判断系统频率偏差的绝对值是否大于死区范围的步骤。7.风电机组一次调频控制装置，其特征在于，该装置包括：rocof计算模块，用于计算rocof；判断模块，用于判断频率变化率是否小于第一阈值，如果是，则执行综合惯性控制模块，否则执行短时功率增发控制模块；综合惯性控制模块，用于采用综合惯性控制；短时功率增发控制模块，用于采用短时功率增发控制。8.根据权利要求7所述的风电机组一次调频控制装置，其特征在于，包括转速恢复模块，判断模块中设置第二阈值，第二阈值小于第一阈值，当频率变化率小于第二阈值，综合惯性控制模块启动能够抑制频率波动；当频率变化率介于第二阈值和第一阈值之间，使用综合惯性控制模块，在满足退出调频条件后，转速恢复并转入mppt模式；当频率变化率大于等于第一阈值，采用短时功率增发控制模块，并与转速恢复模块相配合。9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任一项所述的风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的风电机组一次调频控制方法所述的方法步骤。

技术总结

本发明公开了一种风电机组一次调频控制方法、装置、设备和存储介质，通过将频率变化率分为若干个区间，频率变化率区间小时采用综合惯性控制，大时采用短时功率增发控制，从而克服两种控制方法分别控制时各自具有的缺陷；同时在综合惯性控制和短时功率增发控制之间采用递增转速恢复，从而克服短时功率增发控制调频和转速恢复阶段时间长的缺陷；本发明利用粒子算法实现短时功率增发控制的改进，进一步提高了控制的效率。提高了控制的效率。提高了控制的效率。