一种风电场惯量响应协调控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电场惯量响应协调控制方法。

背景技术

大型风电机组具有隐藏动能，主要储存在发电机、齿轮箱、叶轮，当利用该部分动能使大型风电机组的“隐藏惯量”得到体现后，变速风电机组将具备类似同步发电机的惯性响应能力。现有的惯量响应技术是通过单机组测量电网频率，进而求解电网频率变化率，当电网频率变化率超过阈值后，对单机组进行较短时间的惯量响应调节，机组响应功率慢且无法长时间保持稳定功率输出。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风电场惯量响应协调控制方法及控制系统，以解决现有风电机组惯量响应技术机组响应功率慢且无法长时间保持稳定功率输出的技术问题。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

本发明的第一方面，提供一种风电场惯量响应协调控制方法，包括以下步骤：

S1、基于风电场下发的惯量响应开启指令执行惯量响应初始化；

S2、连续采集变流器有功功率，若变流器有功功率大于预设功率，则锁定变流器前一时刻的功率并标记为锁定功率；

S3、基于风电场下发的惯量响应目标功率和锁定功率的差异，确定当前机组执行惯量响应上跃或执行惯量响应下跃。

可选地，执行所述惯量响应上跃后，惯量响应参考功率即从锁定功率以惯量响应有功变化斜率值的速率下降，并开始计时，若计时时间大于惯量响应持续时间或退出惯量响应模式，则结束惯量响应上跃并执行惯量响应上跃恢复。

可选地，执行所述惯量响应上跃恢复后，惯量响应参考功率即从当前功率以有功变化斜率值的速率上升，并开始计时，若计时时间大于惯量响应恢复时间或机组脱网，则结束惯量响应上跃恢复并执行惯量响应恢复。

可选地，执行所述惯量响应上跃后，若机组脱网，则结束惯量响应上跃并执行惯量响应恢复。

可选地，执行所述惯量响应恢复后，机组以斜率往参考转矩靠近，并开始计时，当计时时间大于惯量响应延时响应时间或机组脱网，则退出惯量响应模式并执行正常运行模式。

可选地，执行所述惯量响应下跃后，惯量响应参考功率从锁定功率以有功变化斜率值的速率上升，并开始计时，若计时时间大于惯量响应持续时间或退出惯量响应或发电机转速小于脱网转速，则结束惯量响应下跃并执行惯量响应下跃恢复。

可选地，执行所述惯量响应下跃恢复后，惯量响应参考功率从当前功率以有功变化斜率值的速率下降，并开始计时，若计时时间大于惯量响应恢复时间或机组脱网，则结束惯量响应下跃恢复并执行惯量响应恢复。

可选地，执行所述惯量响应下跃后，若机组脱网，则结束惯量响应下跃并执行惯量响应恢复。

可选地，执行所述惯量响应恢复后，机组以斜率往参考转矩靠近，并开始计时，当计时时间大于惯量响应延时响应时间或机组脱网，则退出惯量响应模式并执行正常运行模式。

本发明的第二方面，提供一种风电场惯量响应协调控制系统，包括：

响应模块，用于基于风电场下发的惯量响应开启指令执行惯量响应初始化；

采集模块，用于连续采集变流器有功功率，若变流器有功功率大于预设功率，则锁定变流器前一时刻的输出功率并标记为锁定功率；

执行模块，用于基于风电场下发的惯量响应目标功率和锁定功率的差异，确定当前机组执行惯量响应上跃或启动惯量响应下跃。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

本发明提供一种风电场惯量响应协调控制方法，包括以下步骤：S1、基于风电场下发的惯量响应开启指令执行惯量响应初始化；S2、连续采集变流器有功功率，若变流器有功功率大于预设功率，则锁定变流器前一时刻的功率并标记为锁定功率；S3、基于风电场下发的惯量响应目标功率和锁定功率的差异，确定当前机组执行惯量响应上跃或执行惯量响应下跃。本控制方法，通过实际的转速和实际期望的功率从而得出期望的发电机转矩，保障机组在惯量响应期间维持期望功率，同时保障机组退出惯量响应时，能按照相应斜率恢复功率，从而解决机组响应功率慢且无法长时间保持稳定功率输出的问题。同时，本发明还提供应用一种风电场惯量响应协调控制方法的控制系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一种风电场惯量响应协调控制方法的流程框图。

实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明提供一种风电场惯量响应协调控制方法，包括以下步骤：

S1、基于风电场下发的惯量响应开启指令执行惯量响应初始化；注意，风电机组正常运行模式下，其参考转矩为PSC输出转矩；

S2、连续采集变流器有功功率，若变流器有功功率大于预设功率，则锁定变流器前一时刻的功率并标记为锁定功率；一个实施例，若变流器有功功率大于20%额定功率，则锁定上跃或下跃前一时刻的功率（变流器输出功率，也可以用参考转矩乘以滤波转速）；

S3、基于风电场下发的惯量响应目标功率和锁定功率的差异，确定当前机组执行惯量响应上跃或执行惯量响应下跃。

通过建立一种惯量响应控制模式，当风电机组检测到发电机转速、风速、功率满足条件时，接收到进入惯量响应信号，从而执行惯量响应模式，通过实际的转速和实际期望的功率从而得出期望的发电机转矩，保障机组在惯量响应期间维持期望功率，同时保障机组退出惯量响应时，能按照相应斜率恢复功率，从而解决机组响应功率慢且无法长时间保持稳定功率输出的问题。

具体地，执行所述惯量响应上跃后，惯量响应参考功率即从锁定功率以惯量响应有功变化斜率值的速率下降，并开始计时，若计时时间大于惯量响应持续时间（预设值）或退出惯量响应模式，则结束惯量响应上跃并执行惯量响应上跃恢复；其中，若执行所述惯量响应上跃后，机组脱网，则结束惯量响应上跃并执行惯量响应恢复；执行所述惯量响应上跃恢复后，惯量响应参考功率即从当前功率以有功变化斜率值的速率上升，并开始计时，若计时时间大于惯量响应恢复时间（根据标准和测试要求设定）或机组脱网，则结束惯量响应上跃恢复并执行惯量响应恢复；执行所述惯量响应恢复后，机组以斜率往参考转矩靠近，并开始计时，当计时时间大于惯量响应延时响应时间或机组脱网，则退出惯量响应模式并执行正常运行模式。

具体地，执行所述惯量响应下跃后，惯量响应参考功率从锁定功率以有功变化斜率值的速率上升，并开始计时，若计时时间大于惯量响应持续时间或退出惯量响应或发电机转速小于脱网转速，则结束惯量响应下跃并执行惯量响应下跃恢复；其中，若执行所述惯量响应下跃后，机组脱网，则结束惯量响应下跃并执行惯量响应恢复；执行所述惯量响应下跃恢复后，惯量响应参考功率从当前功率以有功变化斜率值的速率下降，并开始计时，若计时时间大于惯量响应恢复时间或机组脱网，则结束惯量响应下跃恢复并执行惯量响应恢复；执行所述惯量响应恢复后，机组以斜率往参考转矩靠近，并开始计时，当计时时间大于惯量响应延时响应时间或机组脱网，则退出惯量响应模式并执行正常运行模式。

本风电场惯量响应协调控制方法解决了海上新型式下全场风力发电机组惯量响应测试的应用需求，主控系统建立模块化的全场惯量响应模式，根据接收全场惯量响应指令后，通过对变流器的转矩和变桨的转速协作控制的方式解决单机组对惯量响应期间超长时间下的惯量响应需求，从而满足惯量响应的执行时间、响应功率满足国标及地方测试需求。具体是通过建立一种惯量响应控制模式，当风电机组检测到发电机转速、风速、功率满足条件时，接收到进入惯量响应信号，从而执行惯量响应模式，通过实际的转速和实际期望的功率从而得出期望的发电机转矩，保障机组在惯量响应期间维持期望功率，同时保障机组退出惯量响应时，能按照相应斜率恢复功率，从而解决机组响应功率慢且无法长时间保持稳定功率输出的问题。

本发明还提供应用一种风电场惯量响应协调控制方法的控制系统，包括：

响应模块，用于基于风电场下发的惯量响应开启指令执行惯量响应初始化；

采集模块，用于连续采集变流器有功功率，若变流器有功功率大于预设功率，则锁定变流器前一时刻的输出功率并标记为锁定功率；

执行模块，用于基于风电场下发的惯量响应目标功率和锁定功率的差异，确定当前机组执行惯量响应上跃或启动惯量响应下跃。

由于该控制系统是基于上述一种风电场惯量响应协调控制方法开发的配套系统，因此该控制系统的有益效果请参阅上述一种风电场惯量响应协调控制方法的有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。