本發(fā)明屬于新能源發(fā)電并網(wǎng)，更具體地，涉及一種混合風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐方法、裝置和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、以風(fēng)電為代表的新能源具有清潔、可再生、運(yùn)行和維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)。然而，隨著風(fēng)電接入比例持續(xù)攀升，電網(wǎng)慣性等特性減弱，頻率事件導(dǎo)致大規(guī)模停電事故頻發(fā)。風(fēng)電場(chǎng)提供頻率支撐對(duì)電力系統(tǒng)的頻率安全具有重要意義。

2、風(fēng)電機(jī)組在工程中通常采用跟網(wǎng)型控制。但是跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)在弱電網(wǎng)下不穩(wěn)定。為了改善該問題，構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)被研究并顯著改善了弱電網(wǎng)下的穩(wěn)定性。然而，構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)在強(qiáng)電網(wǎng)下的穩(wěn)定性較差，而跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)具有強(qiáng)穩(wěn)定性。由于兩者具有互補(bǔ)的電網(wǎng)強(qiáng)度兼容性，因此構(gòu)建同時(shí)包含跟網(wǎng)型和構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的混合風(fēng)電場(chǎng)能夠在寬電網(wǎng)強(qiáng)度下穩(wěn)定運(yùn)行。跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐是基于采集到的頻率作為輸入，以產(chǎn)生額外的有功功率附加到最大功率點(diǎn)跟蹤的參考值上。而構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)由有功同步環(huán)建立自己的頻率，具有獨(dú)立的頻率支撐能力。跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)與構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐機(jī)理與控制方式不同，因此混合風(fēng)電場(chǎng)的最優(yōu)頻率支撐難以實(shí)現(xiàn)。

3、現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐研究?jī)H討論了由單一跟網(wǎng)型或構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)所構(gòu)成風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐控制，其控制不能直接應(yīng)用于混合風(fēng)電場(chǎng)。其次，現(xiàn)有頻率支撐控制多為模仿同步發(fā)電機(jī)的慣性和調(diào)速器設(shè)計(jì)的，這導(dǎo)致無法利用風(fēng)電機(jī)組靈活控制的最優(yōu)支撐能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種混合風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐方法、裝置和控制系統(tǒng)，其目的在于，解決如何對(duì)包括跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)和構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的混合風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行靈活高效地頻率支撐的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種混合風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐方法，包括：

3、s1：當(dāng)混合風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)頻率超過死區(qū)閾值時(shí)生成啟動(dòng)頻率支撐信號(hào)；所述混合風(fēng)電場(chǎng)包括跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)和構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)；

4、s2：當(dāng)接收到所述頻率支撐信號(hào)時(shí)，按照風(fēng)機(jī)類型獲取每個(gè)風(fēng)機(jī)的功率交互因子；

5、s3：將各所述風(fēng)機(jī)分別作為發(fā)送風(fēng)機(jī)傳輸自身的功率交互因子給對(duì)應(yīng)的接收風(fēng)機(jī)，同時(shí)將各所述風(fēng)機(jī)作為所述接收風(fēng)機(jī)接收對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述發(fā)送風(fēng)機(jī)傳輸?shù)墓β式换ヒ蜃樱?/p>

6、s4：利用各所述風(fēng)機(jī)接收到的多個(gè)功率交互因子實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償功率；

7、s5：將各所述風(fēng)機(jī)的補(bǔ)償功率附加于自身的頻率支撐控制模型中的調(diào)節(jié)模塊以進(jìn)行頻率支撐；所述頻率支撐控制模型包括：所述調(diào)節(jié)模塊和恢復(fù)模塊；所述跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐控制模型為跟網(wǎng)型最優(yōu)頻率支撐控制模型，所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐控制模型為構(gòu)網(wǎng)型最優(yōu)頻率支撐控制模型；

8、s6：當(dāng)滿足模塊切換條件時(shí)，控制各所述風(fēng)機(jī)由所述調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行頻率支撐切換至由所述恢復(fù)模塊進(jìn)行頻率及轉(zhuǎn)速恢復(fù)。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述s2包括：若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則判斷所述跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的有功功率差值 p f,gfl是否大于變流器的容量最大值限制 pmax；若大于則將 p f,gfl- pmax作為所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子；若小于或等于則將所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子記為0。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述s2包括：

11、若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則判斷所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的有功功率差值 p f,gfm和最大功率跟蹤控制的有功功率初始值 pmppt0之和是否大于變流器的容量最大值限制 pmax；

12、若大于，則將 p f,gfm+ pmppt0- pmax作為所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子；若小于或等于，則將所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子記為0。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述s4包括：將各個(gè)所述風(fēng)機(jī)接收到的多個(gè)功率交互因子的均值作為補(bǔ)償功率。

14、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述s5包括：

15、若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則將計(jì)算得到的所述補(bǔ)償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調(diào)節(jié)模塊的輸出，以獲取所述控制器內(nèi)環(huán)的有功功率參考值；

16、若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則將計(jì)算得到的所述補(bǔ)償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調(diào)節(jié)模塊輸入，以獲取所述控制器內(nèi)環(huán)的相角。

17、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù)為 γgfl,i(s)=-kwm,i+kwn,i/(1+stw,i)；所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù)為 λgfm,i(s)=(1+stw,i)/(-kwm,itw,is-kwm,i+kwn,i)；其中， kwm, i、 kwn, i、 tw, i均為當(dāng)前風(fēng)機(jī)的控制參數(shù)，i為當(dāng)前風(fēng)機(jī)的序號(hào)，s為拉普拉斯因子；

18、所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù) λgfm,i(s)與所述跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù) γgfl,i(s)滿足對(duì)偶一致性條件： λgfm,i(s)=1/ γgfl,i(s)。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述s5包括：所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的恢復(fù)模塊的傳遞函數(shù)為 λgfm,i(s)=1/( ω0 js)；其中， ω0為基準(zhǔn)角頻率， j為慣性系數(shù)。

20、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種混合風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐裝置，包括：

21、啟動(dòng)模塊，用于當(dāng)混合風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)頻率超過死區(qū)閾值時(shí)生成頻率支撐啟動(dòng)信號(hào)；所述混合風(fēng)電場(chǎng)為包括跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)和構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)；

22、獲取模塊，用于當(dāng)接收到頻率支撐啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，按照風(fēng)機(jī)類型獲取每個(gè)風(fēng)機(jī)的功率交互因子；

23、傳輸模塊，用于將各所述風(fēng)機(jī)分別作為發(fā)送風(fēng)機(jī)傳輸自身的功率交互因子給對(duì)應(yīng)的接收風(fēng)機(jī)，同時(shí)將各所述風(fēng)機(jī)作為所述接收風(fēng)機(jī)接收對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述發(fā)送風(fēng)機(jī)傳輸?shù)墓β式换ヒ蜃樱?/p>

24、計(jì)算模塊，用于控制各所述風(fēng)機(jī)利用接收到的多個(gè)功率交互因子計(jì)算補(bǔ)償功率；

25、支撐模塊，用于將各所述風(fēng)機(jī)的補(bǔ)償功率附加于自身的頻率支撐控制模型中的調(diào)節(jié)模塊以進(jìn)行頻率支撐；所述頻率支撐控制模型包括：所述調(diào)節(jié)模塊和恢復(fù)模塊；所述跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐控制模型為跟網(wǎng)型最優(yōu)頻率支撐控制模型，所述構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的頻率支撐控制模型為構(gòu)網(wǎng)型最優(yōu)頻率支撐控制模型；

26、恢復(fù)模塊，用于當(dāng)滿足模塊切換條件時(shí)，控制各所述風(fēng)機(jī)由所述調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行頻率支撐切換至由所述恢復(fù)模塊進(jìn)行頻率及轉(zhuǎn)速恢復(fù)。

27、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種混合風(fēng)電場(chǎng)的控制系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

28、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

29、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

30、（1）本方案提供一種混合風(fēng)電場(chǎng)的頻率支撐方法，在頻率支撐過程中，首先按照風(fēng)機(jī)類型獲取每個(gè)風(fēng)機(jī)的功率交互因子，將各風(fēng)機(jī)分別作為發(fā)送風(fēng)機(jī)也作為所述接收風(fēng)機(jī)收發(fā)功率交互因子；各風(fēng)機(jī)利用接收到的多個(gè)功率交互因子實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償功率，再按照風(fēng)機(jī)類型將補(bǔ)償功率附加于各自的調(diào)節(jié)模塊中進(jìn)行頻率支撐；當(dāng)滿足模塊切換條件時(shí)，由調(diào)節(jié)模塊切換至恢復(fù)模塊從而進(jìn)行頻率以及轉(zhuǎn)速恢復(fù)。本發(fā)明控制混合風(fēng)電場(chǎng)中的各個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)機(jī)間功率的協(xié)調(diào)分配，可以提升頻率支撐的效果和穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)混合風(fēng)電場(chǎng)在寬電網(wǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)的最優(yōu)頻率支撐。

31、（2）本方案考慮當(dāng)前風(fēng)機(jī)為跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)時(shí)，若有功功率差值 p f,gfl大于變流器的容量最大值限制 pmax則將 p f,gfl- pmax作為所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子，反之則將所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子記為0；該方式考慮跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)預(yù)期輸出功率與實(shí)際因變流器容量限制的最優(yōu)輸出功率，實(shí)現(xiàn)了將跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)越限功率量化為功率交互因子，便于由其它風(fēng)機(jī)補(bǔ)發(fā)。

32、（3）本方案考慮當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)時(shí)，若有功功率差值 p f,gfm和最大功率跟蹤控制的有功功率初始值 pmppt0之和大于變流器的容量最大值限制 pmax則將 p f,gfm+ pmppt0- pmax作為所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子，反之則將所述當(dāng)前風(fēng)機(jī)的功率交互因子記為0；該方式考慮構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)預(yù)期輸出功率與實(shí)際因變流器容量限制的最優(yōu)輸出功率，實(shí)現(xiàn)了將構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)越限功率量化為功率交互因子，便于由其它風(fēng)機(jī)補(bǔ)發(fā)。

33、（4）本方案將各個(gè)所述風(fēng)機(jī)接收到的多個(gè)功率交互因子的均值作為補(bǔ)償功率，舉例來說，當(dāng)一個(gè)接收風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)兩個(gè)發(fā)送風(fēng)機(jī)，則補(bǔ)充功率δ p x, i=?( x k+ x j)/2，其中，δ p x, i為第 i臺(tái)風(fēng)機(jī)的補(bǔ)償功率； x k和 x j為發(fā)送機(jī)組（第 k臺(tái)風(fēng)機(jī)和第 j臺(tái)風(fēng)機(jī)）向接收機(jī)組（第 i臺(tái)風(fēng)機(jī)）發(fā)送的交互因子；該方式將多個(gè)風(fēng)機(jī)的功率狀態(tài)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)速機(jī)組因風(fēng)機(jī)的功率限制導(dǎo)致無法發(fā)出的支撐功率由其它風(fēng)機(jī)補(bǔ)償，從而避免高風(fēng)速情況下的頻率額外下降，提升了風(fēng)電場(chǎng)整體的頻率支撐能力。

34、（5）本方案若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則將計(jì)算得到的所述補(bǔ)償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調(diào)節(jié)模塊的輸出；若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，則將計(jì)算得到的所述補(bǔ)償功率附加于所述頻率支撐控制模型中調(diào)節(jié)模塊輸入；該方式依據(jù)跟網(wǎng)型與構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)控制結(jié)構(gòu)的差異，分別實(shí)現(xiàn)了各類型風(fēng)機(jī)的最優(yōu)頻率支撐。

35、（6）本方案若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，最優(yōu)頻率支撐控制的調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù)為 λgfm,i(s)=(1+stw,i)/(-kwm,itw,is-kwm,i+kwn,i)。跟網(wǎng)型與構(gòu)網(wǎng)型最優(yōu)頻率支撐調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù)滿足對(duì)偶一致性條件為 λgfm,i(s)=1/ γgfl,i(s)?。其中， kwm, i、 kwn, i、 tw, i均為第 i臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制參數(shù)； λgfm,i(s)為跟網(wǎng)型風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)模塊的傳遞函數(shù)，該方式通過設(shè)計(jì)構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)由功率偏差構(gòu)建頻率的響應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)按照優(yōu)化獲得的最優(yōu)頻率最低點(diǎn)響應(yīng)曲線支撐頻率。

36、（7）本方案若當(dāng)前風(fēng)機(jī)為構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)，最優(yōu)頻率支撐控制的恢復(fù)模塊的傳遞函數(shù)為 λgfm,i(s)=1/( ω0 js)。其中， ω0為基準(zhǔn)角頻率， j為慣性系數(shù)。該方式避免了轉(zhuǎn)速恢復(fù)初期易導(dǎo)致的二次頻率跌落，使得頻率和轉(zhuǎn)速快速恢復(fù)，從而提升了風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)對(duì)后續(xù)擾動(dòng)的能力。