基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法、装置及系统与流程

1.本发明主要涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法、装置和系统。


背景技术：

2.风电机组的装机容量大幅增加，对电网的稳定性以及安全性带来了很大的挑战。为了提升电网的稳定性，提升电网频率的抗干扰能力，风电场亟需具备调频功能，并提高频率响应的速度。而频率的变化又分为频率的变化量和频率的变化率，频率的变化量调节称为一次调频，频率的变化率调节称为惯量调频，目前国内大部分风电场采用的仅仅是一次调频，而惯量调频存在响应速度要求快，普通的一次调频已经不能满足要求。
3.申请号cn202010123584.7的发明专利申请提出了一种风电场综合调频控制方法，通过控制发电机转速来实现一次调频与惯量调频，但是在限制发电机转速的同时，会影响风电机组的发电性能，使得发电机组并不能在最优发电状态，降低了发电效率；申请号cn202110307193.5的发明专利增加了集中式储能装置，通过控制该装置进行一次调频和惯量调频，该技术在调频单元以外还增加了新的储能装置，大大增加了成本；申请号cn202010486174.9的发明专利是在场级能量管理平台中增加调频模式，通过场级能量管理平台采集风电场并网点的频率变化来进行一次调频和惯量调频，但是有些电网的相关指标可能比较严苛，特别是旧风场的能量管理平台的响应时间有可能达不到要求。
4.具体地，针对不同电网的要求，一般调频单元的方案可以分为以下三种：
5.第一种是场站级agc控制系统优化，在agc控制系统中增加电网频率检测装置，调频控制算法等功能，直接将计算得到的目标值发送给能量管理平台，然后再由能量管理平台控制风机实现有功功率的增减。这种方案只需要优化原有的agc控制系统，对能量管理平台和风机端都不需要进行修改，增加成本低，但是优化方式涉及的环节较多且有可能优化后的性能指标并不能满足电网的要求，存在一些技术难点。
6.第二种是能量管理平台优化，新增调频单元，调频单元只与能量管理平台进行通信，调频单元将计算得到的功率指令发送给能量管理平台，在能量管理平台中处理agc指令和调频指令的闭锁关系，这样就可以实现调频的功能，但是可能并不能满足惯量调频的相关要求。
7.第三种是采用调频单元直接连接风机，直接由调频单元来控制风机，在快频期间优先快频指令。这种方案可以达到最快的响应速度，但是由于调频单元与原来的能量管理平台处于并行状态，使得在两者的切换过程中会造成全场有功的超调，不利于电网的稳定。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种根据不同工况进行自适应控制的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法，并相应一种成本低、改造简单、平台适应性强的基于风电场的一次调频和惯量调频控制装置及系统。
9.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
10.一种基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法，包括步骤：
11.1)通过采集并网点电压和电流变化得到电网频率变化；
12.2)当检测到频率的变化量超过死区时，执行一次调频控制：根据频率的变化计算出功率指令，下发给能量管理平台，通过能量管理平台来控制单台风机的功率；
13.当检测到频率的变化率超过死区时，执行惯量调频控制：判断具体的工况，根据不同的工况进行自适应控制。
14.优选地，在步骤2)中，执行一次调频控制方法的具体过程为：
15.当检测到频率变化量超过死区时，通过式(1)计算出有功指令，将该指令通过modbus/tcp通信发送给能量管理平台，能量管理平台将优先响应有功指令，旁路agc有功指令，将指令下发至单台风机进行有功调节；
16.其中
17.式中p0表示风电场初始功率，pn表示风电场额定功率，fd表示频率死区，f表示电网实际频率，fn表示电网额定频率，δ％表示一次调频调差率。
18.优选地，在步骤2)中，惯量调频控制中，在频率的变化率超过死区时，检测到频率下扰时，且风电场处于不限负荷的工况时，直接发送有功指令至单台风机，单台风机接到有功指令后根据自身的调节能力响应到位；其余工况下则根据频率的变化计算出功率指令，下发给能量管理平台，通过能量管理平台来控制单台风机的功率。
19.优选地，惯量调频控制的具体过程为：当检测到频率下扰时，且风电场处于不限负荷的工况时，具体地，获取每台风机的惯量调节能力，计算出全场的有功指令后，根据风电场每台风机的惯量调节能力进行有功能力的分配，将单台风机的有功指令直接通过modbus/tcp发送给风机，风机收到快频的功率给定时，旁路掉scada有功指令，优先响应风机的快频功率指令。
20.优选地，惯量调频控制中，在其它工况下，通过式(2)计算出有功指令，将该指令通过modbus/tcp通信发送给能量管理平台，能量管理平台将优先响应有功指令，旁路agc有功指令，将指令下发至单台风机进行有功调节，
[0021][0022]
式中：δp表示风电场有功功率变化量，tj表示风电场惯性时间常数，fn表示电网额定频率，f表示电网实际频率，pn表示风电场额定功率。
[0023]
本发明还公开了一种基于风电场的一次调频和惯量调频控制装置，用于执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法，包括调频单元、能量管理平台和调度主站，所述调频单元分别与所述能量管理平台和调度主站相连，且所述调频单元直接与风电机组进行通信。
[0024]
优选地，所述调频单元包括电网电压与电流采集模块、控制模块和数据通信模块，所述电网电压与电流采集模块用于采集并网点电压和电流变化以得到电网频率变化；所述控制模块通过数据通信模块分别与所述能量管理平台、调度主站和风电机组相连，且所述控制模块用于根据电网频率变化进行一次调频控制或惯量调频控制。
[0025]
本发明进一步公开了一种基于风电场的一次调频和惯量调频控制系统，包括：
[0026]
第一模块，用于通过采集并网点电压和电流变化得到电网频率变化；
[0027]
第二模块，用于当检测到频率的变化量超过死区时，执行一次调频控制：根据频率的变化计算出功率指令，下发给能量管理平台，通过能量管理平台来控制单台风机的功率；当检测到频率的变化率超过死区时，执行惯量调频控制：判断具体的工况，根据不同的工况进行自适应控制。
[0028]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法的步骤。
[0029]
本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法的步骤。
[0030]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0031]
本发明的控制方法中的一次调频部分稳定可靠，不会带来功率的二次波动；惯量调频部分自适应调节，将惯量调频的功率波动影响降到最低。
[0032]
本发明将调频单元串联在调度主站与能管系统中间，同时调频单元又能直接与风电机组进行通信，风电机组能够同时接收调频单元与能量管理平台的指令，风电机组将根据不同的工况进行自适应响应有功指令，实现风电场的一次调频和惯量调频。
[0033]
本发明新增调频单元，与原来agc装置并联接入能量管理平台，同时调频单元又可以直接控制单台风机，在满足一次调频的要求上实现精准惯量调频。在惯量调频期间，可以根据不同工况进行自适应控制，可以选择发送全场有功指令给能量管理平台，也可以选择直控风机来响应惯量调频。新增调频单元独立于agc系统，改造成本低，改造简单，只需要增加调频有功指令通道，不影响能量管理平台原有的有功控制逻辑，可以将调频的功率二次波动影响降到最低。
[0034]
本发明既能满足电网最严格的要求，又能很好的控制成本，改造简单，平台适应性强，可以适用于到全国各个电网对调频的要求。
附图说明
[0035]
图1为本发明的调频单元在实施例的结构示意图。
[0036]
图2为本发明的调频方法在实施例的流程图。
[0037]
图3为本发明的惯量调频方法在实施例的流程图。
[0038]
图4为本发明中风机执行有功指令控制流程图。
具体实施方式
[0039]
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
[0040]
如图2所示，本实施例的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法，包括步骤：
[0041]
1)通过采集并网点电压和电流变化得到电网频率变化；
[0042]
2)当检测到频率的变化量超过死区时，执行一次调频控制：根据频率的变化计算出功率指令，下发给能量管理平台，通过能量管理平台来控制单台风机的功率；
[0043]
当检测到频率的变化率超过死区时，执行惯量调频控制：判断具体的工况，根据不同的工况进行自适应控制。
[0044]
本发明的控制方法中，其中一次调频部分稳定可靠，不会带来功率的二次波动；惯量调频部分自适应调节，将惯量调频的功率波动影响降到最低。
[0045]
在一具体实施例中，一次调频控制方法具体为：一次调频主要通过设定频率与有功功率折线函数实现，函数表达式如公式(1)所示,其中式中p0表示风电场初始功率，pn表示风电场额定功率，fd表示频率死区，f表示电网实际频率，fn表示电网额定频率，δ％表示一次调频调差率；
[0046][0047]
当检测到频率变化量超过死区时，通过上式计算出有功指令，将该指令通过modbus/tcp通信发送给能量管理平台，能量管理平台将优先响应有功指令，旁路agc有功指令，将指令下发至单台风机进行有功调节。
[0048]
在一具体实施例中，如图3所示，惯量调频控制方法具体为：当电网频率的变化率大于死区范围，且整场的有功出力大于20％pn时，惯量调频应满足，有功功率变化量δp应满足式(2)，δp的响应时间不大于1s，允许偏差不大于
±
2％pn：
[0049][0050]
式中：δp表示风电场有功功率变化量，tj表示风电场惯性时间常数，fn表示电网额定频率，f表示电网实际频率，pn表示风电场额定功率。
[0051]
当频率发生下扰且风电场处于不限负荷的工况时，通过一次调频的控制方法无法实现全场有功功率的抬升，此时，需要获取每台风机的惯量调节能力，通过计算出全场的有功指令后，根据风电场每台风机的惯量调节能力进行有功能力的分配，将单台风机的有功指令直接通过modbus/tcp发送给风机，风机收到快频的功率给定时，旁路掉scada有功指令，优先响应风机的快频功率指令。当不属于上述工况时，则计算出全场有功指令后发送至能量管理平台，能量管理平台则按原有功率控制逻辑进行功率分配，如图4所示。
[0052]
如图1所示，本发明还公开了一种基于风电场的一次调频和惯量调频控制装置，用于执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法，包括调频单元、能量管理平台和调度主站，所述调频单元分别与所述能量管理平台和调度主站相连，且所述调频单元直接与风电机组进行通信。具体地，调频单元包括电网电压与电流采集模块、控制模块和数据通信模块，电网电压与电流采集模块用于采集并网点电压和电流变化以得到电网频率变化；控制模块通过数据通信模块分别与能量管理平台、调度主站和风电机组相连，且控制模块用于根据电网频率变化进行一次调频控制或惯量调频控制。
[0053]
本发明将调频单元串联在调度主站与能管系统中间，同时调频单元又能直接与风电机组进行通信，风电机组能够同时接收调频单元与能量管理平台的指令，风电机组将根据不同的工况进行自适应响应有功指令，实现风电场的一次调频和惯量调频。
[0054]
本发明新增调频单元，与原来agc装置并联接入能量管理平台，同时调频单元又可以直接控制单台风机，在满足一次调频的要求上实现精准惯量调频。在惯量调频期间，可以根据不同工况进行自适应控制，可以选择发送全场有功指令给能量管理平台，也可以选择
直控风机来响应惯量调频。新增调频单元独立于agc系统，改造成本低，改造简单，只需要增加调频有功指令通道，不影响能量管理平台原有的有功控制逻辑，可以将调频的功率二次波动影响降到最低。
[0055]
本发明既能满足电网最严格的要求，又能很好的控制成本，改造简单，平台适应性强，可以适用于到全国各个电网对调频的要求。
[0056]
在一具体实施例中，当调频单元检测到频率的变化量超过死区时，调频单元根据频率的变化计算出功率指令，下发给能量管理平台，通过能量管理平台来控制单台风机的功率；
[0057]
当调频单元检测到频率的变化率超过死区时，会判断具体的工况，根据不同的工况进行自适应控制；具体地，当检测到频率下扰时，且风电场处于不限负荷的工况，则由调频单元直接发送有功指令至单台风机，单台风机接到有功指令后根据自身的调节能力迅速响应到位；其余工况下的控制方法和变化量调频方法一样，由调频单元发给能量管理平台，再由能量管理平台来控制单台风机。
[0058]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法的步骤。
[0059]
本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于风电场的一次调频和惯量调频控制方法的步骤。
[0060]
本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
[0061]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。