一种用于风力发电机组一次调频功率控制的方法与流程

1.本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种用于风力发电机组一次调频功率控制的方法。


背景技术：

2.随着越来越多的风力发电机组并入电网，由于风力发电随机性、间歇性等特点对电网频率的影响越来越大。因此一次调频功能在风力发电机组并网友好性的控制策略中越来越受到重视。当电网频率上升或下降时，需要整场的风力发电机组有功功率降低或升高来支撑电网频率的稳定性。
3.现有针对此问题的技术方案包括：根据检测的并网点频率变化，通过一次调频所需要增加或降低的有功功率指令作为总调频有功功率目标值，根据当前时刻的有功功率值，计算发电机转矩目标值及发电机转速目标值。但在调整的过程中需对有功功率变化率进行限制，避免发电机转矩目标值及转速目标值发生剧烈变化影响机组正常运行状态。但一般有功功率变化率限值为固定值，由于并网点频率变化范围不一致导致所需要的有功功率目标值变化范围也不一致，采用同样的有功功率变化率限值会导致如果当前有功功率与调频目标值较大时响应时间相应延长，无法满足调频需要的有功功率调节快速性要求。
4.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于风力发电机组一次调频功率控制的方法，替代现有技术方案中仅有唯一的有功功率变化率限制的方式，从而更有针对性的解决由于一次调频需求而带来的有功功率调节到目标值快速性的问题。
5.本发明还创新地引入并网点频率对有功功率变化率限值进行调度，从而使用调度后的有功功率变化率限值分解的转速及转矩变化速率限值作为变桨及转矩控制器的输出限制，从而使变桨及转矩控制器依据调度后的有功功率变化率限值进行变桨及转矩控制，从而更快的响应一次调频需求带来的发电机有功功率调节快速性问题。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种用于风力发电机组一次调频功率控制的方法，以此满足由于调频需求带来地发电机有功功率调节的快速性要求，以及一次调频功能对风力发电机组响应时间的要求。
7.为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
8.一种用于风力发电机组一次调频功率控制的方法，包括以下步骤：
9.在当前的检测周期内检测并网点频率f，并获取频率死区设置f_dead。如并网点频率f变化幅度未超过死区设置值，则逻辑结束。如并网点频率f变化幅度超过死区设置值，则计算调频有功功率deltap。获取当前时刻有功功率指令p_now，并与已计算的调频有功功率deltap相加得到总调频有功功率指令p_sum。对总调频有功功率指令p_sum进行分解，得到发电机转矩目标值torque_pfc及发电机转速目标值omega_pfc。
10.根据当前的检测周期内检测到的并网点频率f，并判断f是否在49.5hz及49.75hz
范围内，如果是则通过查表法查找对应的升功率速率限制值deltaplimit1，如果否则继续判断f是否在49.75hz及50.05hz范围内，如果是则通过查表法查找对应的升功率速率限制值deltaplimit2，如果否则继续判断f是否在50.05hz及50.25hz范围内，如果是则通过查表法查找对应的降功率速率限制值deltaplimit3，如果否则继续判断f是否在50.25hz及50.5hz范围内，如果是则通过查表法查找对应的降功率速率限制值deltaplimit4，如果否则逻辑结束。
11.如计算的升功率速率限制值deltaplimit1，则将此升功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega1及发电机转距变化率限值deltatorque1。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
12.如计算的升功率速率限制值deltaplimit2，则将此升功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega2及发电机转距变化率限值deltatorque2。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
13.如计算的降功率速率限制值deltaplimit3，则将此降功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega3及发电机转距变化率限值deltatorque3。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
14.如计算的降功率速率限制值deltaplimit4，则将此降功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega4及发电机转距变化率限值deltatorque4。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
15.优选的，本发明采用检测并网点频率并对应计算升降有功功率变化率限值，将其进一步分解为发电机转速及转矩变化率限值，并以此限值限制发电机转速及转矩从当前转速及转矩变化到目标值的过程。
16.优选的，本发明对并网点频率变化范围所对应的有功功率变化率限值进行调度。
17.优选的，本发明采用检测并网点频率变化量的方式；也可以使用其他方法，比如检测并计算并网点频率变化率的方式等。
18.优选的，本发明通过查表的方式，查找发电机有功功率变化率限值的方式；也可以使用其他方法，比如使用公式实时计算有功功率变化率限值等。
19.优选的，本发明采用的测量发电机转矩不使用原始信号，需对其进行低通滤波处理。
20.优选的，本发明采用的测量并网点频率通过判断其在4段范围的方式，计算有功功率变化率限值；也可以使用其他方法，比如更多更细的频率范围对应更多的有功功率变化率限值的方式等。
21.优选的，本发明采用的是单机进行测量频率的方式；也可以使用其他方法，比如对整个风电场并网点进行频率检测，计算整场调频有功功率值并通过分配算法分配到每个机组执行有功功率值的方式。
22.优选的，本发明采用的测量发电机转速不使用原始信号，需对其进行低通滤波处
理。
23.本发明的有益之处在于：
24.通过检测并网点频率变化量来计算调频有功功率，与当前有功功率相加并计算相应的发电机转速及发电机转矩目标值。同时对并网点频率变化所在范围对发电机有功功率变化率限值进行调度并相应地进行分解为发电机转速变化率限值及发电机转矩变化率限值。以此两个限值对当前发电机转速/转矩到调频目标值的过程变化速率进行限制。
25.本发明对不同频率变化范围内的不同有功功率变化率限值进行调度，并影响发电机转速及转矩变化速率限值。通过此方式可以有效地提高由于调频需求带来地发电机有功功率调节的快速性要求，满足一次调频功能对风力发电机组响应时间的要求。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1为用于风力发电机组一次调频功率控制的方法图解。
具体实施方式
28.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
30.结合图1，下面将对本发明所提供的用于风力发电机组一次调频功率控制的方法进行详述：
31.检测当前并网点频率f，并将测量信号传递给主控plc。获取并网点频率死区设置f_dead。对频率变化是否大于死区设置值进行判断。如频率变化小于死区设置值则逻辑结束。如频率变化小于死区设置值则计算调频有功功率deltap。检测当前时刻有功功率指令p_now。将第5步的调频有功功率deltap累加到当前时刻有功功率指令p_now得到总调频有功功率指令p_sum。将总调频有功功率指令p_sum进行分解得到发电机转矩目标值torque_pfc及发电机转速目标值omega_pfc。判断当前并网点频率f是否在频率范围49.5hz及49.75hz内，如是则通过查表法查找对应的升功率速率限制值deltaplimit1。如否则继续判断当前并网点频率f是否在频率范围49.75hz及50.05hz内，如是则通过查表法查找对应的升功率速率限制值deltaplimit2。如否则继续判断当前并网点频率f是否在频率范围50.05hz及50.25hz内，如是则通过查表法查找对应的降功率速率限制值deltaplimit3。如否则判断当前并网点频率f是否在频率范围50.25hz及50.5hz内，如是则通过查表法查找对应的降功率速率限制值deltaplimit4。如否则逻辑结束。
32.检测当前时刻的发电机转速omega_now。检测当前时刻的发电机转矩torque_now。如计算的升功率速率限制值deltaplimit1，则将此升功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega1及发电机转距变化率限值deltatorque1。并以此两个限值作为当前发
电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
33.如计算的升功率速率限制值deltaplimit2，则将此升功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega2及发电机转距变化率限值deltatorque2。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
34.如计算的降功率速率限制值deltaplimit3，则将此降功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega3及发电机转距变化率限值deltatorque3。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
35.如计算的降功率速率限制值deltaplimit4，则将此降功率速率限值分解为发电机转速变化率限值deltaomega4及发电机转距变化率限值deltatorque4。并以此两个限值作为当前发电机转速omega_now变化到目标值omega_pfc及当前发电机转矩torque_now变化到目标值torque_pfc过程中发电机转速变化率的及发电机转矩变化率的最大值加以限制。
36.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
37.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
38.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
39.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
40.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
41.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。