[发明专利]一种风储集群的协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能电站与风电场集群的协调控制方法。

背景技术

目前，世界范围内的能源短缺、温室效应严重困扰着人类发展，为解决上述问题，世界各国从技术、政策和财政扶持可再生能源大规模开发和应用。风力发电以其技术成熟度高，成本低，可大规模开发应用的优点已在国内外得到快速发展。

受天气变化、机组特性、尾流效应等因素的影响，风电功率具有波动性、随机性和间歇性。大规模风电并网对电网规划、电压调节、频率控制、调度运行模式等方面提出了新的挑战。为保证电力系统的可靠安全经济运行，国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》对并网运行风电场的有功功率调节能力提出了要求：

（a）风电场应符合DL/T 1040的规定，具备参与电力系统调频、调峰和备用的要求。

（b）风电场应配置有功率控制系统，具备有功功率调节能力。

（c）当风电场有功功率在总额定出力的20%以上时，对于场内有功出力超过额定容量的20%的所有发电机组，能够实现有功功率的连续平滑调节，并参与有功功率控制。

（d）风电场应能够接收并自动执行电力系统调度结构下达的有功功率及有功功率变化的控制指令，风电场有功功率及有功功率变化应于电力系统调度结构下达的给定值一致。

风电场有功功率控制技术主要有风电机组的转子控制和变桨距控制两种方式。转子控制通过控制转子速度变化，短时释放/吸收部分能量，以快速响应系统功率瞬时变化，提供类似于传统机组的转动惯量；但由于转子转速随后的恢复过程会吸收/释放部分能量，因而这种方式的调节能力有限。变桨距控制通过控制风机的桨距角，使其处于最大功率点之下的某一运行点，以留出一定的备用容量；这种方式调节能力较强，调节范围较大，但会使发电效益下降。上述两种风电机组的功率调节方式不可避免地要受制于风机的运行状态，在响应时间、功率爬坡率和备用容量有效性上受到限制，并存在一定的盲区。此外，机组频繁参与系统功率调节也会导致机械磨损增加、机组寿命降低等问题。

将储能系统应用于风电场，利用其响应速度快、控制灵活、运行稳定的特点，与风电的转子控制和变桨距控制协调运行，综合利用转子控制响应速度快、变桨控制持续时间长和储能控制可充可放的灵活调节特性，平滑风电场出力波动，填补风电机组功率调节盲区，降低风电功率对电网安全稳定运行的影响，满足系统对并网风电场的功率调节规定，增强风电接入电力系统的并网能力。

中国专利CN101931241A风电场并网协调控制方法，提出利用风电机组转子参与系统一次调频，储能系统与变桨通过一阶惯性滤波器进行协调，其不足之处在于转子、变桨和储能三者之间缺乏有机协调，其协调策略没有考虑三种功率控制方式各自的技术特性，缺乏优化控制，造成储能配置容量较大，风电机组频繁参与功率控制，机械损耗增加，降低机组使用寿命，降低风储集群协调运行经济效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种风储集群的协调控制方法。本发明通过协调风电机组转子控制、变桨控制和储能控制，综合利用三者功率调节的技术优势，以较少的储能配置容量，满足电力系统对风储集群调频要求和电网调度的功率指令，降低风电随机波动性功率对电网安全稳定运行的影响，提高风电功率的上网率，降低弃风限电现象，使风储集群一定程度上具备传统电源的可靠、可观、可控和可调的能力，并实现对电网的频率调节、电压控制和稳定支撑。

为实现上述目的，本发明的风储集群协调控制方法步骤如下：

（1）采集风电场、各风电机组、储能系统和电力系统的实时运行状态数据；

（2）依据电力系统频率状态及其变化，按照调频需求或电网调度指令，由风储集群数据采集与监视控制平台给出风储集群功率输出变化量参考值P_g。

（3）根据风储集群功率输出的变化量P_g，在满足风电机组和储能系统物理约束的前提下，协调控制风电机组转子、风电机组桨距角和储能系统的启动序列、输出功率、持续时间和退出序列，使风电机组转子、风电机组桨距角和储能系统输出功率的综合效果满足风储集群功率输出变化量参考值P_g，具体步骤如下：

a)首先，对部分或全部风电机组的转子进行加速或减速控制，使所述的部分或全部风电机组的输出功率变化量P_ω满足风储集群功率输出变化量P_g，P_ω＝P_g，所述的转子在转速允许的范围内运行；