用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法与流程

1.本发明属于风电机组技术领域，具体涉及一种用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法。


背景技术：

2.随着风能渗透率的提高，电力系统的频率稳定性降低。风电机组通过转矩控制参与频率响应可以显著提高频率稳定性，由于风速和系统频率的随机性，以及频率控制回路的引入增加了控制系统的复杂性，控制系统在风能转换系统中发挥着重要作用，对于不考虑频率响应的风机控制，控制系统包括额定风速以上的恒功率控制和额定风速以下的功率跟踪控制，以及穿越风速下的区域切换控制。然而，调频控制环的引入使得传统的开关控制不适用，导致发电机转矩异常波动，增加了风电机组的机械载荷，此外还会导致异常的输出功率波动并恶化系统的频率稳定性。
3.而在传统的风电机组调频方法中，发电机转矩的调频为硬切换，即额定风速以上的控制方法和额定风速以下的方法在某个转速上直接进行切换，不考虑转矩切换时候的异常波动。
4.因此，需要制定一种用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，用以解决在额定风速以上和额定风速以下风电机组参与调频时转矩切换控制异常的问题，
6.本方法能够使切换风速下风电机组调频的发电机转矩柔性过度切换而不会产生异常波动，增加了过渡区域，减小发电机转矩波动和输出功率的波动。
7.本发明所采取的技术方案是：
8.一种用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，包括以下步骤：
9.s1.设定转速ω
gc
(rad/s)至发电机额定转速ω
gn
(rad/s)区间，在此区间内实施控制；
10.s2.如果风速小于额定风速时的转矩控制为t
g1
(ωg,δf)；如果风速大于等额定风速时的转矩控制为t
g2
(ωg,δf)；
11.s3.通过t
g1
(ωg,δf)和t
g2
(ωg,δf)求出风电机组发电机转矩的参考值。
12.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
13.本发明能够减小风电机组在额定风速附近参与电网调频时发电机转矩异常波动的问题，能够显著降低额定风速附近因调频引起的发电机转矩异常波动及输出功率的异常波动。
附图说明
14.图1是本发明风电机组通过降额控制参与频率响应时的发电机扭矩；
15.图2是本发明转矩穿越区域的设置；
16.图3是本发明的方法和传统方法下的输出功率比较；
17.图4是本发明方法和传统方法下的发电机转矩比较。
具体实施方式
18.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。
19.对于具有如表1参数的风电机组，
20.表1风电机组参数
[0021][0022]
由于风电机组的转矩控制主要分为额定风速以上和额定风速以下两个部分，在额定风速附近两个不同的转矩控制会进行切换，本发明提出的方法用于额定风速以上和额定风速以下的发电机转矩控制的过渡柔性切换控制。
[0023]
该方法实现过程如下：
[0024]
首先说明传统方法存在的问题：参与频率响应的发电机扭矩不仅与发电机速度有关，还与系统频率偏差有关。图1显示了风机通过降额控制参与频率响应时的发电机扭矩，(其中，t
gr
为发电机额定转矩(nm)；ω
in
为风电机组切入转速(rad/s)；ω
out
为风电机组切入转速(rad/s))。如果将系统频率偏差引入扭矩控制回路，发电机扭矩将在降额扭矩的实线
和灰色区域上。由于系统频率对风机来说是随机的，频率偏差的反馈导致发电机扭矩在特定范围内不规则地变化(两个区域的灰色阴影部分)，频率响应可能导致发电机扭矩在点ab之间频繁切换这就造成发电机转矩急剧异常波动。
[0025]
对于传统方法来说，参与调频无法避免发电机转矩的异常波动，因此提出了本发明的方法，本发明通过设置转矩穿越区域来使发电机转矩有一个过渡的范围，简化如图2所示。例如：本方法的建立设置了转换区域，转换区域的设置可以将原有的a点转移至a’，这样操作可以避免转矩的陡变。
[0026]
本发明主要通过判断发电机转速的值和发电机转速的增减情况来实施本方法，
[0027]
该方法主要应用于风电机组的额定发电机转速附近，具体用于设定转速ω
gc
(rad/s)至发电机额定转速ω
gn
(rad/s)区间，其中，ω
gc
＝ω
gn-ω
gset
，ω
gset
取值为大于等于0(rad/s)至小于等于2(rad/s)的数。
[0028]
在该实施例中，ω
gn
为122.9rad/s，ω
gc
为121.7rad/s，即本方法只有在发电机转速在121.7rad/s至122.9rad/s内才进行实施。对不在设定发电机转速内的发电机转矩控制不是本方法关注的控制，可采用已有的转矩控制方法。
[0029]
如：风速小于额定风速时的转矩控制为可以为t
g1
(ωg,δf)：
[0030]
t
g1
(ωg,δf)＝k
opt
((1-γ)ω
g-k
fr
δf)2[0031]
其中，k
opt
为风电机组最大功率跟踪方法的控制增益(pu)，γ为风电机组的备用比例(pu)，k
fr
为风电机组参与调频的调频增益(pu)。该转矩控制为常见转矩控制，通过检测电力系统频率偏差和发电机转速对发电机转速在121.7rad/s以下的风电机组进行转矩控制。
[0032]
如果风速大于等额定风速时的转矩控制为t
g2
(ωg,δf)：
[0033][0034]
其中，p
rated
为风电机组额定功率(w)。该转矩控制同样为常见转矩控制，通过检测电力系统频率偏差和发电机转速对发电机转速在122.9rad/s以上的风电机组进行转矩控制。
[0035]
用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法主要表示如下：
[0036][0037]
其中，tg为风电机组发电机转矩的参考值(nm)，ωg为风电机组当前时刻的发电机转速(rad/s)，δf为系统频率偏差的标幺值(p.u.)，tg为风电机组发电机转矩的参考值(nm)，δωg为相邻控制时刻发电机转矩的变化(rad/s)。
[0038]
通过本发明的方法即可实现额定风速以上和额定风速以下的发电机转矩的平稳过渡。
[0039]
采用和不采用本发明方法的发电机转矩和出输出功率如图3和图4所示。
[0040]
图3为本方法和传统方法下的输出功率比较；
[0041]
图4为本方法和传统方法下的发电机转矩比较；
[0042]
结果显示出，本发明能够平滑输出功率和发电机转矩。
[0043]
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.设定转速ω
gc
(rad/s)至发电机额定转速ω
gn
(rad/s)区间，在此区间内实施控制；s2.如果风速小于额定风速时的转矩控制为t
g1
(ω
g
,δf)；如果风速大于等额定风速时的转矩控制为t
g2
(ω
g
,δf)；s3.对额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制，通过t
g1
(ω
g
,δf)和t
g2
(ω
g
,δf)求出风电机组发电机转矩的参考值，t
g1
和t
g2
是关于发电机转速和电力系统频率的函数。2.根据权利要求1所述的用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，其特征在于：所述s3中，通过公式1求得风电机组发电机转矩的参考值；其中：t
g
为风电机组发电机转矩的参考值(nm)，ω
g
为风电机组当前时刻的发电机转速(rad/s)，δf为系统频率偏差的标幺值(p.u.)。3.根据权利要求1所述的用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，其特征在于：所述s2中，t
g1
(ω
g
,δf)＝k
opt
((1-γ)ω
g-k
fr
δf)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：k
opt
为风电机组最大功率跟踪方法的控制增益(pu)，γ为风电机组的备用比例(pu)，k
fr
为风电机组参与调频的调频增益(pu)；δf为系统频率偏差的标幺值(p.u.)，t
g
为风电机组发电机转矩的参考值(nm)，δω
g
为相邻控制时刻发电机转矩的变化(rad/s)。4.根据权利要求1所述的用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，其特征在于：所述s2中，其中：p
rated
为风电机组额定功率(w)；γ为风电机组的备用比例(pu)，k
fr
为风电机组参与调频的调频增益(pu)；δf为系统频率偏差的标幺值(p.u.)，t
g
为风电机组发电机转矩的参考值(nm)，δω
g
为相邻控制时刻发电机转矩的变化(rad/s)。5.根据权利要求1所述的用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，其特征在于：所述s1中，ω
gc
＝ω
gn-ω
gset
，ω
gset
取值为大于等于0(rad/s)至小于等于2(rad/s)的数。

技术总结
用于额定风速附近参与调频的风电机组柔性转矩控制方法，属于风电机组技术领域。用以解决在额定风速以上和额定风速以下风电机组参与调频时转矩切换控制异常的问题。包括以下步骤：S1.设定转速ω


技术研发人员：王瑛玮 郭钰锋 徐伟 徐维懋 李帅 付亦殊 葛超 林俊儒 姜雪 张如玉 张平 石晶 谷峥
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/22