[发明专利]一种具有并网特性的储能型风电场控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电控制领域，尤其涉及一种具有并网特性的储能型风电场控制方法。

背景技术

风能作为一种洁净的可再生能源，符合环境保护计划的要求，风力发电技术产业在世界范围内得到飞速发展，电网中风力发电装机容量所占的比例逐步提高。但是由于风能具有随机性和间歇性的特点，大规模风电场对系统的稳定性造成的影响也逐渐加大。同时，由于系统负荷变化导致的频率变化也会变得更加剧烈，容易使电网失去稳定性。

针对上述问题，现有以下控制策略用以减小风电场并网对系统的影响。

采用微电网领域中的虚拟同步发电机思想，即通过在分布式发电电源直流侧配置储能系统，并配以基于虚拟同步发电机模型的并网逆变器控制算法，使分布式电源对大电网体现同步发电机特性，为系统频率稳定性做出贡献。但目前研究工作并未有效体现虚拟同步发电机对频率的调节作用。

通过将储能系统配置于风电场出口处，可以有效平抑风电场输出功率的波动，提高系统的稳定性，但这种控制策略仍未改变电力电子接口对电网的影响，并且当系统负荷波动时仍然会对系统的稳定性以及风机的运行产生影响。

因此，期望通过对风电场采取适当的控制策略，即能平抑风电场输出功率的波动，又可以减弱系统负荷变化对系统稳定性的影响，有效提高风电场并网性能。

发明内容

针对上面技术背景中描述的风电场输出功率波动、负荷变化对系统稳定性影响大等不足，本发明提出了一种具有并网特性的储能型风电场控制方法。

本发明的技术方案是，.一种具有并网特性的储能型风电场控制方法，用于将储能型风电场模拟成虚拟同步发电机以达到风电场输出功率平滑的目的，储能型风电场包括风电场和储能电池系统；储能电池系统包括储能电池和逆变器；通过控制逆变器，将风电场与储能电池系统一起等效为一台虚拟同步发电机；其特征是所述方法包括以下步骤：

步骤1：采集储能型风电场输出的无功功率、端电压值和频率；

步骤2：将步骤1的采集量代入虚拟同步发电机控制器，经过功频控制器与励磁控制器调节分别得到储能电池功率指令值以及虚拟同步发电机励磁电动势值；

步骤3：采集储能电池输出有功功率和逆变器输出电流；

步骤4：将储能电池有功功率指令值、虚拟同步发电机励磁电动势值、储能电池输出有功功率和逆变器输出电流，代入虚拟同步发电机本体建模公式，得到虚拟同步发电机的端电压；

步骤5：将步骤4中得到虚拟同步发电机的端电压作为合成调制波给入逆变器的空间矢量脉宽调制算法，经调制输出具有同步发电机特性的并网电压。

所述风电场的风能设备为直驱永磁同步发电机组，并等效为一台风力发电机组。

所述直驱永磁同步发电机组包括风力机、永磁同步发电机、机侧变流器以及网侧变流器。

所述储能电池系统连接于风电场出口处，逆变器的控制策略采用虚拟同步发电机控制算法。

所述虚拟同步发电机控制算法包括虚拟同步发电机控制器算法和虚拟同步发电机本体建模公式。

所述的虚拟同步发电机本体建模公式采用同步发电机的二阶机电暂态模型，包括定子电压方程与转子机械方程。

上述的储能型风电场控制方法可使储能电池吞吐风机发出的功率波动，从而平滑风电场输出功率；可使配置储能电池的风电场对电网体现同步发电机特性，根据负荷波动调整自身输出功率，维持系统稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中储能型风电场并网系统结构图。

图2为本发明实施例中虚拟同步发电机控制原理图。

图3为本发明实施例中功频控制器原理图。

图4为本发明实施例中励磁控制器原理图。

图5为本发明实施例中风电场输出功率平抑控制仿真结果图；

图a为风速波形图；图b为风电场输出有功功率波形图；图c为风电场输出功率和储能电池吞吐功率示意图；图d为频率波形图。

图6为本发明实施例中风电场实现同步发电机调节特性仿真结果图；

图a、图b为虚拟同步发电机与电网始终按各自容量1∶4分配负荷效果图；图c为系统频率趋势图；图d为系统输出电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

下面结合附图来说明本发明的原理和具体的实施方式。

如图1所示，风电场并网系统由汽轮发电机组、配置储能电池的风力发电机组组成。其中，汽轮发电机组由多台同等容量的汽轮发电机组并联，组成火力发电厂输入电网。