本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙饋風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻的方法及系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率直接耦合，當(dāng)?shù)貐^(qū)的系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，能夠直接響應(yīng)系統(tǒng)的頻率變化，具有的頻率響應(yīng)包括慣量響應(yīng)、一次調(diào)頻、和二次調(diào)頻，這三種頻率控制方式相互補(bǔ)充，通過(guò)改變發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)提高電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。

目前，雙饋風(fēng)電機(jī)組已成為大型風(fēng)電場(chǎng)的主力機(jī)型，但是基于變流器實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制的同時(shí)，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間不再存在耦合關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生改變時(shí)，機(jī)組不進(jìn)行任何響應(yīng)，有時(shí)甚至?xí)觿∠到y(tǒng)頻率的變化。隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，導(dǎo)致電網(wǎng)的整體慣量減小，電網(wǎng)的有功擾動(dòng)造成系統(tǒng)頻率的波動(dòng)越來(lái)越大。因此，國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)導(dǎo)則開始提出風(fēng)電機(jī)組需要具備對(duì)電網(wǎng)頻率輔助支撐的能力。

目前，大量的研究大多集中在模擬傳統(tǒng)同步機(jī)，通過(guò)釋放風(fēng)機(jī)“隱藏”的動(dòng)能提供頻率支撐，即傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的慣量響應(yīng)，對(duì)一次調(diào)頻的研究較少。慣量響應(yīng)雖對(duì)頻率變化的響應(yīng)快，但是持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，且在慣量釋放后，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)，不可避免的會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成二次沖擊?；蛴械碾m引入一次調(diào)頻控制環(huán)節(jié)，卻并未考慮到風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，以及風(fēng)速的影響，如果頻率持續(xù)偏離50Hz，則很有可能出現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)大或過(guò)小，而導(dǎo)致停機(jī)的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的雙饋風(fēng)電機(jī)組控制方式的系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性較差的不足，本發(fā)明提供一種提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的雙饋機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻的方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種雙饋風(fēng)電機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻方法，所述方法包括如下步驟：

1)確定當(dāng)前功率系數(shù)C_p

根據(jù)當(dāng)前葉輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速，計(jì)算當(dāng)前葉尖速比λ：式中，Ω為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪角速度，R為葉輪半徑，U為當(dāng)前風(fēng)速；

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的C_p-λ曲線，得到當(dāng)前功率系數(shù)C_p；

2)新功率系數(shù)的計(jì)算

假設(shè)預(yù)留能量設(shè)置為ΔP，則由：

$\mathrm{\Δ}P=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρS}}^3{C}_p-\frac{1}{2}{\mathrm{\ρS}}^3{\tilde{C}}_p$

式中，ρ為空氣密度，S為葉輪掃掠面積，C_p和分別為沒有預(yù)留能量的功率系數(shù)以及預(yù)留能量后的功率系數(shù)；

得新的功率系數(shù)為：

${\tilde{C}}_P=C_p-\frac{2\mathrm{\Δ}P}{{\mathrm{\ρSU}}^3}$

根據(jù)新功率系數(shù)在C_p-λ曲線上，查找對(duì)應(yīng)新的葉尖速比

3)新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的計(jì)算

根據(jù)新的葉尖速比假定當(dāng)前風(fēng)速不變，機(jī)組運(yùn)行在非最優(yōu)狀態(tài)下，計(jì)算新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速：

$\widetilde{\mathrm{\Ω}}=\frac{\widetilde{\mathrm{\λ}}v}{R}$

4)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)頻率，并計(jì)算偏差量

當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)頻率偏差量Δf及風(fēng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀況，計(jì)算需要釋放的能量：ΔP＝KΔf

重復(fù)進(jìn)行步驟2)-4)的計(jì)算，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使功率系數(shù)增大到最優(yōu)值，增加機(jī)組的有功功率。

一種雙饋風(fēng)電機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電網(wǎng)頻率檢測(cè)模塊和一次調(diào)頻控制模塊；

所述電網(wǎng)頻率檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前電網(wǎng)頻率，并計(jì)算頻率偏差；

所述一次調(diào)頻控制模塊，包括能量?jī)?chǔ)存單元和能量釋放單元；所述能量?jī)?chǔ)存單元，用于當(dāng)系統(tǒng)頻率沒有偏離正常頻率時(shí)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)組始終運(yùn)行在非最優(yōu)功率曲線下，儲(chǔ)存能量；所述能量釋放單元，用于當(dāng)系統(tǒng)頻率偏離正常頻率時(shí)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)組靠近或者恢復(fù)運(yùn)行在最優(yōu)功率曲線，釋放原儲(chǔ)存能量。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：雙饋風(fēng)電機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻的方法，基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的C_p-λ曲線，通過(guò)改變功率系數(shù)C_p的值，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在非最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)一定容量的儲(chǔ)存。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生改變時(shí)，將這部分儲(chǔ)存能量釋放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)頻率的支撐作用。

根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，本發(fā)明能夠根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行始終運(yùn)行在亞最優(yōu)狀態(tài)，儲(chǔ)存一定容量的能量。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)頻率偏差量，在一定時(shí)間內(nèi)釋放儲(chǔ)存的能量，抑制頻率變化。在控制轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，設(shè)置限幅環(huán)節(jié)，保證機(jī)組不會(huì)失速停機(jī)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的控制原理圖。

圖2是風(fēng)力機(jī)的C_p-λ特性曲線；

圖3是本發(fā)明中的亞最優(yōu)功率曲線，并給出儲(chǔ)存能量過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，圖中預(yù)留的容量為5％Pn，額定功率為1.5MW。

圖4為運(yùn)行在最大功率曲線與亞最優(yōu)功率曲線的功率對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖4，一種雙饋風(fēng)電機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻方法，包括如下步驟：

1)當(dāng)前功率系數(shù)C_p的計(jì)算

根據(jù)當(dāng)前葉輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)速，計(jì)算當(dāng)前葉尖速比λ，根據(jù)圖2中的C_p-λ曲線，假設(shè)圖2中的A點(diǎn)為當(dāng)前的功率系數(shù)C_p,對(duì)應(yīng)的有功功率為圖3的A1點(diǎn)；

2)新功率系數(shù)的計(jì)算

假設(shè)預(yù)留能量設(shè)置為ΔP，則由：

$\mathrm{\Δ}P=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρS}}^3{C}_p-\frac{1}{2}{\mathrm{\ρS}}^3{\tilde{C}}_p$

得新的功率系數(shù)為：

${\tilde{C}}_P=C_p-\frac{2\mathrm{\Δ}P}{{\mathrm{\ρSU}}^3}$

功率系數(shù)減小，圖2中功率系數(shù)由A點(diǎn)逐漸過(guò)渡到B點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的葉尖速比由λ增大為

3)新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的計(jì)算

根據(jù)新的葉尖速比假定當(dāng)前風(fēng)速不變，計(jì)算新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速：

${\tilde{w}}_r=\frac{\widetilde{\mathrm{\λ}}v}{R}$

則機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，圖3有功功率由A1減小至A2點(diǎn)，儲(chǔ)存一定能量，圖中預(yù)留能量為0.05pu。

4)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)頻率，并計(jì)算偏差量

當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)頻率偏差量及風(fēng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀況，計(jì)算需要釋放的能量：ΔP＝KΔf

重復(fù)進(jìn)行步驟2)-4)的計(jì)算，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使功率系數(shù)增大，增加機(jī)組的有功功率。

一種雙饋風(fēng)電機(jī)組基于追蹤亞最優(yōu)功率系數(shù)的一次調(diào)頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電網(wǎng)頻率檢測(cè)模塊和一次調(diào)頻控制模塊；所述電網(wǎng)頻率檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前電網(wǎng)頻率，并計(jì)算頻率偏差；所述一次調(diào)頻控制模塊，包括能量?jī)?chǔ)存單元和能量釋放單元；所述能量?jī)?chǔ)存單元，用于當(dāng)系統(tǒng)頻率沒有偏離正常頻率時(shí)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)組始終運(yùn)行在非最優(yōu)功率曲線下，儲(chǔ)存能量；所述能量釋放單元，用于當(dāng)系統(tǒng)頻率偏離正常頻率時(shí)，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)組靠近或者恢復(fù)運(yùn)行在最優(yōu)功率曲線，釋放原儲(chǔ)存能量。