[发明专利]双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法

摘要

本发明涉及一种双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法包括：建立风机的能量状态评价指标和发电水平评价指标；设定风机间的通信系数矩阵；风电场协调层测量频率并产生风电场输出功率参考值；相邻风机交换发电水平评价指标，通过外环迭代方法进行牛顿迭代，追踪协调层产生的参考值；每步迭代中，各风机通过内环递推计算该步近似的牛顿方向，为外环迭代提供必要信息。本发明方法充分利用双馈风机储存的动能，设计的协调控制体系降低了协调层的计算负担，而通过分布式牛顿方法的二阶收敛性，实现风电场整体的快速一次调频，同时，能够实现风机间功率的合理分配，保证风机的安全运行。

主权项

1.一种双馈风机风电场参与电力系统一次调频的协调控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立风电场中双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标SOE_i：上式中，SOE_i表示风电场中第i台双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标，ω_t,i表示风电场中第i台双馈风机叶片的转速标幺值，ω_tmin,i表示风电场中第i台双馈风机保证正常发电的叶片转速标幺值的下限，ω_tmax,i表示风电场中第i台双馈风机保证正常发电的叶片转速标幺值的上限，i为介于1到m之间的任意整数，m为风电场中双馈风机的数量；根据得到的风电场中双馈风机叶片储存动能的能量状态评价指标SOE_i，建立风电场中双馈风机发电水平评价指标x_i：上式中，P_e,i表示风电场中第i台双馈风机输出的电磁功率标幺值，P_m,i表示风电场中第i台双馈风机捕获的机械功率标幺值；(2)设定风电场中所有双馈风机间的通信关系在拓扑上是连通的，建立双馈风机之间的通信系数矩阵A＝[μ_ij]_m×m，矩阵中的元素μ_ij为第i台双馈风机和第j台双馈风机之间的通信系数：上式中，N_i表示所有与第i台双馈风机有通信关系的双馈风机的下标集合，n_i和n_j分别表示与第i台和第j台双馈风机有通信关系的双馈风机的个数；建立双馈风机之间的交换系数矩阵B＝[B_ij]_m×m：B＝I‑2diag(A)+A上式中，I表示m阶的单位矩阵，diag(A)表示由矩阵A的对角线元素构成的对角矩阵；(3)风电场启动对电力系统的一次调频协调控制，包括以下步骤：(3‑1)按照设定时间周期T_f测量风电场与电力系统并网点的频率f，利用下式计算得到风电场输出功率参考值P_ref：P_ref＝P_ref^*+P_f^*+P_in^*上式中，P_ref^*表示上级电力系统调度中心给出的稳态下风电场输出功率指令值，P_f^*和P_in^*分别为由风电场与电力系统并网点的频率偏差决定的修正量和由风电场与电力系统并网点的频率变化率决定的修正量，计算公式如下：P_f^*＝K_f(f^*‑f)上式中，K_f和K_in分别为风电场有功功率‑频率的下垂系数和阻尼系数，K_f的取值范围为0.1～10，K_in的取值范围为1～20，f^*为电力系统的额定频率；(3‑2)按照设定的时间周期T_P测量风电场与电力系统并网点的实际输出有功功率标幺值P_PCC，并通过下式计算该实际输出有功功率标幺值与步骤(3‑1)中风电场输出功率参考值P_ref的偏差ΔP_PCC：ΔP_PCC＝P_PCC‑P_ref并将上述偏差ΔP_PCC以广播通信的方式发生至风电场内所有的双馈风机；(4)风电场的双馈风机启动对电力系统的一次调频协调控制，包括以下步骤：(4‑1)初始化时，设定风电场的双馈风机启动对电力系统的一次调频协调控制的起始步数k＝0，并使测量风电场与电力系统并网点频率的时钟t_f和测量风电场与电力系统并网点实际输出有功功率标幺值的时钟t_P两个时钟从0时刻开始计时；(4‑2)利用步骤(1)的方法，计算风电场中双馈风机在一次调频协调控制的第k步的发电水平评价指标x_i(k)：(4‑3)风电场中的所有双馈风机与有通信关系的其他双馈风机互相交换由步骤(4‑2)计算的第k步的双馈风机发电水平评价标准x_i(k)，即第i台双馈风机在第k步的发电水平评价指标，发送给所有在通信上与其直接相连的第j台双馈风机，其中j∈N_i，且第i台双馈风机收集所有在通信上与其直接相连的第j台双馈风机在第k步的发电水平评价指标x_i(k)；(4‑4)风电场中的各双馈风机计算第k步迭代计算所需要的参数D_ii,k和g_i,k：上式中，系数α为小于1的正实数，本发明的一个实施例中，α的值为0.5；上式中，K为权重系数，根据风电场容量或通过实验选取，所述K为正实数，取值范围为：0.1～10；(4‑5)利用递推方法，计算风电场中各双馈风机在第k步迭代时的牛顿方向递推值，具体递推过程为：(4‑5‑1)初始化时，设递推步骤t＝0，并设定递推步骤终止时t＝T，T取3～5，递推过程开始；(4‑5‑2)计算风电场中各双馈风机各自的牛顿方向递推初始值，其中第i台双馈风机的牛顿方向递推初始值为d_i,k⁽⁰⁾：d_i,k⁽⁰⁾＝D_ii,k^‑1g_i,k；(4‑5‑3)对t进行判断，若t＜T，则进行步骤(4‑5‑4)，若t≥T，结束递推，进行步骤(4‑6)；(4‑5‑4)将第i台双馈风机在第t步递推的牛顿方向递推值d_i,k^(t)，发送给其他所有有通信关系的双馈风机，同时第i台双馈风机接收所有有通信关系的其他双馈风机在第t步递推中的牛顿方向递推值；(4‑5‑5)风电场中各双馈风机根据接收到的其他有通信关系的双馈风机的牛顿方向递推值，计算第k+1步的牛顿方向递推值d_i,k^(t+1)，以第i台双馈风机为例，计算公式如下：上式中，B_ij为步骤(2)中双馈风机之间的交换系数矩阵B中的元素；(4‑5‑6)使t＝t+1，返回步骤(4‑5‑3)；(4‑6)风电场中各双馈风机执行迭代，利用下式计算第k+1步的第i台双馈风机的发电水平评价指标x_i(k+1)：x_i(k+1)＝x_i(k)‑εd_i,k^(T)上式中，ε为牛顿迭代步长，根据双馈风机的实际容量选取，或通过实验调节取值大小，取值范围为：0.02～1；(4‑7)风电场中各双馈风机根据新的发电水平评价指标调整输出的电磁功率，利用下式计算第k+1步的第i台双馈风机输出的电磁功率标幺值P_e,i(k)：P_e,i(k)＝SOE_i·x_i(k)+P_m,i(k)上式中，P_m,i(k)为第i台双馈风机在第k步调整时采集的机械功率标幺值；(4‑8)对测量风电场与电力系统并网点实际输出有功功率标幺值的时钟t_P进行判断，若t_P≥T_P，使k＝k+1，t_P重新开始计时，并进入步骤(4‑9)，若t_P＜T_P，重新执行本步骤(4‑8)；(4‑9)对测量风电场与电力系统并网点频率的时钟t_f进行判断，若t_f≥T_f，则返回步骤(4‑1)，若t_f＜T_f，则返回步骤(4‑2)。