基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107171368 A(43)申请公布日 2017.09.15

(21)申请号 201710592221.6(22)申请日 2017.07.19

(71)申请人 国家电网公司

地址 100031 北京市西城区西长安街86号申请人 国网陕西省电力公司电力科学研究

院　

国家电网公司西北分部　国网陕西省电力公司(72)发明人 孙骁强　万天虎　李华　马晓伟　

褚云龙　程松　刘鑫　李成家　吴子豪　王永庆　迟方德　郭晨　王康　唐浩　李立　王钊　(74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任

公司 61200

代理人 徐文权

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(51)Int.Cl.

H02J 3/48(2006.01)H02J 3/38(2006.01)

CN 107171368 A()发明名称

基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法(57)摘要

本发明公开一种基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，其特征在于，包括：在并网运行集中接入的风电场的有功功率控制装置中，增加风电场功率的下垂频率调节控制策略；并实时监测并网运行集中接入的风电场频率f，当电网频率f超过设定的一次调频死区后根据控制策略计算一次调频动作后风电场功率给定目标值P1，有功功率控制装置将新的功率给定

风力发电目标值P1重新分配至各风力发电机组，

机组根据指令调节各自出力，实现风电场整体的一次调频功能。本发明不必要求风电场内的单台风电机组具备一次调频能力，直接通过风电场功率控制的手段，使得整个风电场具备类似同步发电机依靠调速器作用产生的一次调频效果。

CN 107171368 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，其特征在于，包括：在并网运行集中接入的风电场的有功功率控制装置中，增加风电场功率的下垂频率调节控制策略；并实时监测并网运行集中接入的风电场电网频率f，当电网频率f超过设定的一次调频死区后根据控制策略计算一次调频动作后风电场功率给定目标值P1，有功功率控制装置将新的功率给定目标值P1重新分配至各风力发电机组，风力发电机组根据指令调节各自出力，实现风电场整体的一次调频功能。

2.根据权利要求1所述的基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，其特征在于，一次调频动作后风电场功率给定目标值P1的确定方法具体为：

(1)当50+DB-≤f≤50+DB+时，P1＝PC；

(2)当fmin≤f＜50+DB-时，

(3)当50+DB+＜f≤fmax时，

(4)当f＜fmin时，

(5)当f＞fmax时，

式中：f—电网频率；fmax—一次调频频率最大值；fmin—一次调频频率最小值；DB+—一次调频正向死区；DB-—一次调频负向死区；ep—调差率；P1—一次调频动作后风电场功率目标值；PC——AGC设定值或一次调频前实发功率；PE—风电场额定功率。

3.根据权利要求1所述的基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，其特征在于，有功功率控制装置为AGC调节装置或者能量管理平台。

2

CN 107171368 A

说　明　书

1/3页

基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法

技术领域

[0001]本发明风电技术领域，特别涉及一种实现风力发电一次调频功能的技术方法。背景技术

[0002]目前，国内风电机组基本均不具备一次调频功能，对于集中式并网发电的风力发电场也没有一次调频能力。从目前国内公开的技术资料来看，风力发电一次调频功能的实现方法基本有两种：一种是通过风电机组及其控制系统的技术改造，使得风电机组具备一次调频功能。改造对象重点在于风电机组，实现一次调频的控制量也主要是风电场内各风电机组的有功功率。该控制技术上尚处于科研、试验阶段，多尚未投入实际应用。另一种方法是通过在风电场增设虚拟同步机以及储能设备实现风电场一次调频功能。两种方法，其技术难度和所需费用都很高。

发明内容

[0003]本发明的目的在于提供一种基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，以解决上述技术问题。[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005]基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，其特征在于，包括：在并网运行集中接入的风电场的有功功率控制装置中，增加风电场功率的下垂频率调节控制策略；并实时监测并网运行集中接入的风电场频率f，当电网频率f超过设定的一次调频死区后根据控制策略计算一次调频动作后风电场功率给定目标值P1，有功功率控制装置将新的功率给定目标值P1重新分配至各风力发电机组，风力发电机组根据指令调节各自出力，实现风电场整体的一次调频功能。[0006]进一步的，一次调频动作后风电场功率给定目标值P1的确定方法具体为：[0007](1)当50+DB-≤f≤50+DB+时，P1＝PC；

[0008]

(2)当fmin≤f＜50+DB-时，

[0009](3)当50+DB+＜f≤fmax时，

[0010](4)当f＜fmin时，

[0011][0012]

(5)当f＞fmax时，

式中：f—电网频率；fmax—一次调频频率最大值；fmin—一次调频频率最小值；

3

CN 107171368 A[0013]

说　明　书

2/3页

DB+—一次调频正向死区；DB-—一次调频负向死区；ep—调差率；

[0014]P1—一次调频动作后风电场功率目标值；PC——AGC设定值或一次调频前实发功率；PE—风电场额定功率。[0015]进一步的，有功功率控制装置为AGC调节装置或者能量管理平台。[0016]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明针对目前并网运行风电机组和风电场基本均不具备一次调频功能的状况，通过在风电场AGC控制装置或风电场其他有功功率控制平台上，增加风电场功率的下垂频率调节控制策略，(下垂控制调频效果等同于同步发电机依靠调速器作用的一次调频，即成比例的有差调节)，实现风电场的一次调频功能。本发明不要求风电场内的风电机组具备一次调频能力，无需对已投入运行的风电机组进行技术改造，也无需另外增加控制设备，即可实现整个风电场的一次调频功能。与针对风电机组逐个进行技术改造，实现风电机组及风电场一次调频功能的方法相比，工作量、技术难度、所需费用均大大降低。虽然一次调频调节能力、调节品质有可能不及后者，但通过相关技术改进，本发明方法实现的风电场一次调频功能仍可以满足电网对于一次调频性能的基本需要。

[0017]本发明不必要求风电场内的单台风电机组具备一次调频能力，直接通过风电场功率控制的手段，使得整个风电场具备类似同步发电机依靠调速器作用产生的一次调频效果。

附图说明

[0018]图1为风电一次调频下垂频率调节控制图；

[0019]图2为典型风电场功率调节控制方式一示意图；[0020]图3为典型风电场功率调节控制方式二示意图；[0021]图4为风电场一次调频调节过程示意图。

具体实施方式[0022]目前，并网运行集中接入的风电场，基本均配备有AGC调节装置或类似的有功功率控制装置，具备按照调度有功功率指令值进行AGC调节的能力。[0023]在此类有功功率控制装置中，通过增加风电场功率的下垂频率调节控制策略，(下垂控制调频效果等同于同步发电机依靠调速器作用的一次调频，即成比例的有差调节)，实现风电场的一次调频功能。

[0024]本发明一种基于风电场功率控制的风力发电一次调频功能实现方法，包括：在并网运行集中接入的风电场的有功功率控制装置中，增加风电场功率的下垂频率调节控制策略；并实时监测并网运行集中接入的风电场频率f，当电网频率f超过设定的一次调频死区后根据控制策略计算一次调频动作后风电场功率给定目标值P1，有功功率控制装置将新的功率目标值重新分配至各风力发电机组，风力发电机组根据指令调节各自出力，实现风电场整体的一次调频功能。

[0025]一次调频动作后风电场功率给定目标值P1的确定：[0026](1)当50+DB-≤f≤50+DB+，风电场AGC或有功控制装置功率目标值P1＝PC；

4

CN 107171368 A[0027]

说　明　书

3/3页

(2)当fmin≤f＜50+DB-，风电场AGC或有功控制装置功率目标值(3)当50+DB+＜f≤fmax，风电场AGC或有功控制装置功率目标值(4)当f＜fmin，风电场AGC或有功控制装置功率目标值(5)当f＞fmax，风电场AGC或有功控制装置功率目标值

[0028]

[0029]

[0030][0031]

式中：f—电网频率；fmax—一次调频频率最大值；fmin—一次调频频率最小值；

[0032]DB+—一次调频正向死区；DB-—一次调频负向死区；ep—调差率；[0033]P1—一次调频动作后风电场功率目标值；PC——AGC设定值或一次调频前实发功率；PE—风电场额定功率。(上述fmax、fmin、DB+、DB-、ep等一次调频相关参数值根据所在地区电力管理部门要求设定)。

[0034]本发明将风电场一次调频频率下垂控制策略增加到场站AGC控制系统或者能量管理平台(或其它有功控制系统)上，当电网频率超过设定的一次调频死区后根据控制策略计算一次调频动作后风电场功率给定目标值P1，能量管理平台(或其它有功控制系统)将新的功率目标值重新分配至各风力发电机组，风力发电机组根据指令调节各自出力，实现风电场整体的一次调频功能。图4为输入阶跃变化的频率扰动信号，风电场功率目标功率P1以及风电场功率调节示意图。

5

CN 107171368 A

说　明　书　附　图

1/1页

图1

图2

图3

图4

6