[发明专利]一种双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统

说明书

本发明属于风力发电技术领域，公开了一种双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统，控制系统包括：转子转速控制模块、模拟惯量控制模块、下垂控制模块、转速保护及功率判定模块、桨距角控制模块。本发明风机参与调频之后，等效增大了电网的惯量，使得双馈异步风力发电机能够像传统的同步发电机一样对电网频率具有惯性响应，能减小电网频率的变化率；通过转速以及桨距角控制降低风机出力，使风机具有一定的有功备用容量参与一次调频，减小频率的稳态误差。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统。

背景技术

频率是电力系统运行最重要的参数之一，频率的偏差不利于电网的安全、可靠、经济运行，甚至对发电机和电力系统带来严重的影响。系统的一次调频是当系统功率不平衡时，即发电机发出的有功功率与负荷吸收的有功功率大小不相等时，同步发电机自动响应系统频率变化，根据频率与有功功率之间的关系来调节自身有功出力的过程。当系统频率上升时，发电机需减少其输出的有功功率，从而调节系统频率达到新的平衡；反之，当系统频率下降时，需增加其输出有功。传统的发电机组对系统频率的响应主要是通过转速随系统频率的变化而实现，双馈异步风力发电机因其有功功率与无功功率解耦控制使转速不能有效的跟随系统频率变化。具体来说，变速恒频双馈异步风力发电机具有变速运行的特性，能够提高风电机组的风能转换频率。双馈异步风力发电机通过变频机控制系统，实现发电机有功、无功功率解耦控制，调节改善风电场的功率因数及电压稳定性，近年来成为风电市场的主流机型。但是，双馈异步风力发电机风机的工作原理决定了其机械功率与系统电磁功率解耦、转速与电网频率解耦的特点，从而使DFIG风电机组失去了对电网频率的快速有效响应，其旋转动能中的“隐含惯量”对于整个电网的惯量几乎没有贡献，因而恶化了电网的频率调节效应。当电网中的风电渗透率不断增大时，这些影响也会越来越明显，甚至威胁到整个系统的正常运。。在风电功率较大的情况下会导致整个电力系统的惯性(平均惯性密度)降低，风电场的“固有”特性会对电网的调频、调峰造成非常严重的影响。因此，需要研究双馈异步风力发电机风电机组的频率变化特性相应地改变其控制策略，使其能够响应电频率的变化，并针对风电参与调频对电网的影响进行深入研究。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的发电机组对系统频率的响应主要是通过转速随系统频率的变化而实现，双馈异步风力发电机因其有功功率与无功功率解耦控制使转速不能有效的跟随系统频率变化。所以如果在控制系统中附加一个频率控制环节，即可使双馈风力发电机吸收或释放转子中一部分能量，从而对系统频率做出快速、有效的动态响应。另外，利用飞轮、电池组等附加储能设备来使风电机组参与系统一次调频的相关研究也越来越多，该类协调控制方法可以从一定程度上缓解风电机组本身调频备用容量和能力有限等缺陷，从而使系统中的风电机组更好地发挥其调频作用。本专利仅从风电机组自身调频能力和风机本身的控制系统入手对其调频控制策略进行详细的研究，故对于利用辅助的储能设备来提高风电机组调频能力的研究将不做任何阐述和研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统。

本发明是这样实现的，双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统，所述双馈风力发电机参与电网一次调频的综合控制系统包括：转子转速控制模块、模拟惯量控制模块、下垂控制模块、转速保护及功率判定模块、桨距角控制模块。

转子转速控制模块，其功能是当系统中有功功率发生缺额，通过在DFIG转子侧的功率控制环节使风机具有频率响应的能力，并能够根据电网需求适当的调节有功出力，从而有效地参与电网一次调频；

模拟惯量控制模块，其功能是使DFIG风电机组模拟常规同步发电机组的特性运行，从而能够产生和同步发电机相同的惯量效应；

下垂控制模块，其功能是模拟同步发电机的一次调频的功率频率静态调节特性，将正比于频率偏差的有功功率变化值增加到原有的有功功率参考值，从而调节风机出力；