申请/专利权人：南京工程学院

申请日：2023-04-04

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN116365546B

主分类号：H02J3/24

分类号：H02J3/24;H02J3/48

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2023.07.18#实质审查的生效;2023.06.30#公开

摘要：本发明公开了一种风电场多机组调频参考功率协同分配的方法，该方法步骤如下：获取表征调频能力的转子动能因子与转子动能之间的数学关系；获取表征调频能力的机组容量因子与运行点功率之间的数学关系；基于转子动能因子和机组容量因子确定协同控制系数Ka_i的整定算法；在调频策略模块上引入协同控制系数Ka_i，让运行于不同风况下的风电机组调频参考功率按能分配。本发明的风电场多机组调频参考功率协同分配的方法在综合控制方式调频策略基础上量化了风电机组之间的可参与调频程度的差异、优化了机组之间的协同控制系数，在调频功率分配、机组转速保护和频率效果等方面具有很好的有效性和优越性，能够避免机组触发保护动作、能够提升频率的稳定性。

主权项：1.一种风电场多机组调频参考功率协同分配的方法，其特征在于：该方法步骤如下：A、获取表征调频能力的转子动能因子与转子动能之间的数学关系；B、获取表征调频能力的机组容量因子与运行点功率之间的数学关系；C、基于转子动能因子和机组容量因子确定协同控制系数Ka_i的整定算法；D、在调频策略模块上引入协同控制系数Ka_i，让运行于不同风况下的风电机组调频参考功率按能分配；所述方法采用的风电机组数学模型为： 式1-式3中，Pm为风电机组的风能捕获功率；ρ为空气密度；R为风轮半径；ν为风速；Cpλ,β为风能利用系数；β为桨距角；λ为叶尖速比，其定义为λ＝ωRv；λi为中间参数；其中ωr为风电机组的角速度；Hw为传动系统惯性系数；F为传动系统的摩擦系数；Kopt为最佳风力捕获系数；λopt为最佳叶尖速比；Pmax为风电机组的最大风能捕获功率；Cpmax为最大风能利用系数；Tm为风电机组机械转矩；Te为发电机电磁转矩；c1、c2、c3、c4、c5、c6为参数；所述步骤A中的获取表征调频能力的转子动能因子与转子动能之间的数学关系的步骤为：A1、计算获得基于转子实时转速对应的转子实时动能，转子动能求解数学模型如式5所示： 式5中，Eω_i为风电场中第i台风电机组在当前转速对应的转子动能；Ji为第i台风机的转动惯量；ωr_i为风机的实时转速；A2、在同一风况下，把转子额定转速和转子最低转速带入式5所示的转子动能求解数学模型，求解获得转子额定转速对应的转子额定动能Eωn_i和转子最低转速对应的转子极限动能Eωl_i；A3、获得转子动能因子与最低转速，额定转速和实时转速对应的转子动能之间的定量关系，将转子最低转速、转子额定转速和转子实时转速对应的转子动能作为变量，通过可释放的动能与转子储存的最大动能的比值衡量调频能力大小，求解获得转子动能因子与转子动能的定量关系；所述步骤A3中的转子动能因子与转子动能的定量关系的获得方法为：A31、测量转子实时转速、转子额定转速和转子最低转速，利用式5所示的转子动能求解数学模型求解出转子实时动能Eω_i、额定转速下的转子额定动能Eωn_i和最低转速下的转子极限动能Eωl_i；A32、考虑衡量风电机组可调转子动能大小指标，将转子额定转速和转子实际转速对应的转子动能做差得到风电机组实际可调动能、将转子额定转速和转子最低转速对应的转子动能做差得到风电机组最大可调动能，风电机组实际可调动能与风电机组最大可调动能做商得到表征风电机组可调动能特性，瞬时值即对应能够表征风电机组可调动能特性的转子动能因子，转子动能因子求解的数学模型6如下： 式6中，Kω_i为第i台风电机组的转子动能因子；所述步骤B中的获取表征调频能力的机组容量因子与运行点功率之间的数学关系的步骤为：B1、计算获得最优点运行下的机组实际功率Pw_i和机组的额定功率，依据式3所示的风电机组的最大功率点跟踪控制数学模型计算得到最优点实际运行功率；B2、计算获得1.2倍额定转速对应的瞬时功率参考值，在同一湍流风速下，调节转速至1.2倍额定值、叶尖速比增至1.2倍，不考虑风机利用变桨的相关控制参与电网一次调频，桨距角β为固定值，利用式1所示的数学模型计算获得湍流风速下1.2倍额定转速对应的功率参考值；B3、获取机组容量因子与转子最低转速、转子额定转速和转子实时转速对应的机组输出功率之间的定量关系，即计算1.2倍转子额定转速和转子实时转速对应的机组输出功率，将可参与调频的实际可调功率与机组能够调节最大功率的比值作为衡量调频能力大小的指标，获得机组容量因子与运行点功率的定量关系；所述机组容量因子与运行点功率的定量关系的获得方法为：将额定功率和最优点实际运行功率做差得到实际可调功率具体值，将额定功率和1.2倍转速对应的功率做差得到机组最大可调功率具体值，实际可调功率与最大可调功率做商得到表征风电机组可调功率特性，瞬时值即对应表征风电机组可调容量特性的机组容量因子，机组容量因子求解的数学模型如式7所示： 式7中，Kp_i为第i台风电机组的机组容量因子；Pwn_i为第i台风电机组的转子额定转速下的输出功率值；Pw_i为第i台风电机组的转子实时转速下的输出功率值；Pwl为第i台风电机组的转子最低转速下的输出功率值；所述步骤C中的协同控制系数Ka_i的整定算法如下： 式8中，Kp_i为第i台风电机组的机组容量因子；Kω_i为第i台风电机组的转子动能因子；转子动能因子和机组容量因子都为随机变量，变化范围都在[0,1]，转子动能因子与机组容量因子之积的最大值可直接设定为1；所述步骤D中的第i台风电机组调频参考功率PVIC_i为：PVIC_i＝Ka_iKpfΔf+KdfPΔf4式4中，PVIC_i为第i台风电机组调频参考功率；Ka_i为第i台风电机组考虑转子动能因子和机组容量因子的协同控制系数；Kpf为风电机组的下垂系数；Kdf为风电机组的虚拟惯量系数；P为微分算子；Δf为电网频率波动量。

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