一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法与流程

本发明涉及一种风储协调一次调频自适应优化控制方法，尤其涉及一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法。

背景技术：

1、传统的惯量控制，当频率偏差达到一定值时才进行虚拟惯性和下垂控制的切换，风机转子动能和储能的优势不能充分发挥。同时，传统储能控制中没有考虑将电池的soc保护在合理的范围内，长期的对电池进行过充过放，将会损害电池的化学特性。传统的转子动能控制中，在转子转速恢复的同时也会带来系统的频率二次跌落。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其技术方案如下：

2、本发明提供一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，包括如下步骤：

3、步骤1：设置电力系统频率变化的死区值、风电机组运行风速的中风速区和高风速区；

4、步骤2：检测所述电力系统频率变化；

5、步骤3：当所述电力系统频率变化量大于所述死区值时，执行步骤四；其余情况，执行步骤2；

6、步骤4：当风电机组运行风速位于中风速区时，执行步骤5；当风电机组运行风速位于高风速区时，执行步骤6；其余情况，执行步骤7；

7、步骤5：风电机组的转子和储能系统共同参与电力系统频率调节，之后执行步骤2；

8、步骤6：风电机组的浆距角和储能系统共同参与电力系统频率调节，之后执行步骤2；

9、步骤7：储能系统单独参与电力系统频率调节，之后执行步骤2。

10、可选地，所述死区值是电力系统变动引起的频率偏差位于正常范围内的电力系统频率变化值。

11、可选地，所述中风速区是指风速m/s，所述高风速区是指风速m/s。

12、可选地，所述步骤2中的风电机组的转子和储能系统共同参与电力系统频率调节的具体方案如下式：

13、；

14、式中：，，，，为风电机组的渗透率，a1、a2为频率调节系数， m e为风机虚拟惯量系数， k e为储能的下垂系数，均根据参数整定而来；b为储能电池soc的调整系数；为转子转速恢复时的补偿功率；为电力系统频率偏差；在整个调频过程中，恒有a1+a2=1为转子转速恢复时的补偿功率；在整个调频中，虚拟惯量控制由风电机组的转子动能来控制，储能系统完成下垂控制。

15、可选地，所述步骤6中的风电机组浆距角和储能系统共同参与电力系统频率调节包括如下步骤：

16、步骤6.1：储能系统为电力系统提供暂态支撑；

17、步骤6.2：浆距角调整到电力系统频率所需角度；

18、步骤6.3：储能系统退出电力系统频率调整。

19、可选地，所述步骤7中的储能系统单独参与电力系统频率调节是指储能系统通过下垂控制参与电力系统调频，下垂控制方法具体方案如下：

20、；

21、式中， p b-ref为储能系统输出的有功功率； ∆f表示系统频率偏差； k b表示储能系统单位调节功率；

22、引进动态下垂控制系数 k， k将根据储能soc的反馈调节数值大小；改进后的动态下垂控制为：

23、；

24、式中， k为动态下垂控制系数； k b表示储能系统单位调节功率。

25、可选地，所述储能系统的储能系统充放电下垂调频系数确认的具体方案如下：

26、利用logistic函数建立了储能系统单位调节功率与soc之间的关系；logistic函数的表达式为：

27、；

28、式中，p0为初始值； k emax函数最终稳态值；r为曲线得自适应因子； t为时间常数；

29、基于logistic函数储能系统的调频系数与soc的关系表达式如下：

30、当 ∆f<0时，储能系统放电的调频系数为：

31、；

32、当 ∆f>0时，储能系统充电调频系数为：

33、；

34、式中， k d与 k c分别表示为储能设备放电、充电下垂调频系数；n为采样点数; soc为储能设备的荷电状态； soc low、 soc min、 soc high和 soc max分别为储能 soc的最小值、较小值、较大值和最大值。

35、可选地，其特征在于，所述储能系统充放电下垂调频系数选取具体方案如下：

36、电力系统频率变化的死区值设置为 ∆f dz， ∆f表示系统频率偏差，动态下垂控制系数 k取值为 k emax, k emax表示函数最终稳态值；

37、当 soc< soc high且 ∆f> ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数为 k emax；

38、当 soc> soc high且 ∆f> ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数选取所述公式（6）；

39、当 soc> soc high且 ∆f> ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数为零；

40、当 soc< soc high且 ∆f< ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数为零；

41、当 soc min< soc< soc max且 ∆f<- ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数选取所述公式（5）；

42、当 soc min< soc< soc max且 ∆f<- ∆f dz时，储能系统充放电下垂调频系数为 k emax。

43、可选地，所述储能系统的储能配置功率具体方案如下：

44、同步发电机的转子转速与电力系统频率无关，在与双馈风力发电机等容量的同步发电机一起参与系统频率调整时，转子所释放的能量为：

45、；

46、式中， ∆e为同步发电机释放的最大动能； j为同步发电机转动惯量； f min和 f n分别为电网安全运行的最低频率合额定频率； ω n为同步发电机额定转速；

47、电力系统频率安全运行下限和额定频率分别为48hz和50hz，电网频率低于48hz便禁止电力系统继续运行，转子释放的能量为：

48、；

49、当同步发电机运行在额定转速 ω n时，将转子内储存能量关系是表达为：

50、；

51、式中， t j为同步发电机惯性时间常数； p n为同步发电机额定功率；

52、储能参与系统频率调整时，能够释放的最大能量与同步发电机组转子释放的最大能量 ∆e相等时，即：

53、；

54、式中， p bess为储能系统功率； ∆e bess储能系统可释放的容量；

55、联立公式(8)和(9)可得：

56、；

57、式中， f min和 f n分别为电网安全运行的最低频率合额定频率； ∆t为储能参与调频的时间。

58、可选地，所述同步发电机惯性时间常数是同步发电机的动能与额定容量的比值，如下：

59、；

60、以频率变化率表示同步发电机的可用能量变化：

61、；

62、由公式(13)和公式(14)可知，同步发电机等效惯性时间常数为：

63、；

64、公式（13）（14）（15）中， js表示同步发电机的总转动惯量； ssg同步发电机额定功率； esk表示同步发电机动能； ps表示极对同步发电机；表示同步发电机可用能量变化； hs表示同步发电机的惯性时间常数；表示同步发电机转子转速低允许值； hsg表示同步发电机等效惯性时间常数；表示同步发电机转子转速值。

65、采用本发明的技术方案，相较于现有技术，其有益效果是：

66、针对不同风速下风机运行方式的不同，通过风速区间的划分采用不同的风储联合调频控制方式。在低风速区，由于风机转子转速较低，储能参与系统频率调整，抑制频率的二次跌落；在中风速区，通过虚拟惯量控制释放风机旋转动能惯量参与频率调整。在高风速区，采用桨距角控制和储能联合控制的方法，桨距角控制和储能同时参与系统频率调整，由响应速度快的储能率先提供暂态频率支撑，待桨距角响应完后，储能退出调频。仿真结果表明，不同风速下风储联合辅助电力系统一次调频可以实现全风速调频，不仅实现了风机和储能的优势互补，而且改善了系统调频效果，提高了系统频率稳定性。

技术特征：

1.一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述死区值是电力系统变动引起的频率偏差位于正常范围内的电力系统频率变化值。

3.根据权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述中风速区是指风速m/s，所述高风速区是指风速m/s。

4.权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述步骤2中的风电机组的转子和储能系统共同参与电力系统频率调节的具体方案如下式：

5.根据权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述步骤6中的风电机组浆距角和储能系统共同参与电力系统频率调节包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述步骤7中的储能系统单独参与电力系统频率调节是指储能系统通过下垂控制参与电力系统调频，下垂控制方法具体方案如下：

7.根据权利要求6所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述储能系统的储能系统充放电下垂调频系数确认的具体方案如下：

8.根据权利要求7所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述储能系统充放电下垂调频系数选取具体方案如下：

9.根据权利要求1所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述储能系统的储能配置功率具体方案如下：

10.根据权利要求9所述的一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其特征在于，所述同步发电机惯性时间常数是同步发电机的动能与额定容量的比值，如下：

技术总结
本发明提供一种不同风速下的风储协调一次调频自适应优化控制方法，其技术方案如下：设置电力系统频率变化的死区值、风电机组运行风速的中风速区和高风速区；检测所述电力系统频率变化；当所述电力系统频率变化量大于所述死区值时，当风电机组运行风速位于中风速区时，风电机组的转子和储能系统共同参与电力系统频率调节；当风电机组运行风速位于高风速区时，风电机组的浆距角和储能系统共同参与电力系统频率调节；其余情况，储能系统单独参与电力系统频率调节。

技术研发人员：许云飞,刘建峰,康赫然,刘建飞,孙永辉,张秀路,孙碣,兰国军
受保护的技术使用者：国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5