一种考虑多环节协同控制的风电调频方法及系统与流程

1.本发明涉及风电机组的调频技术领域，特别是涉及一种考虑多环节协同控制的风电调频方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.风电机组通过电力电子接口参与并网，转子转速与系统频率间的解耦特性使风电机组无法像同步发电机那样自发的响应电网频率变化。风电机组的大规模接入引起系统惯量水平下降，削弱了系统的抗干扰能力与调频能力，国内外电网运行导则规定并网的风电场需具备惯性响应与一次调频能力。
4.基于风电机组的出力特性，国内外学者及工业界通过利用风机桨叶动能、预留备用功率等方式，配合基于锁相环的常规矢量控制或虚拟同步机控制方案，提出了多种风电机组参与调频的辅助控制技术。在风机运行点与调频控制参数匹配的问题上，现有方法中，基于风速分区对风机惯性响应出力加以限制，保障了风机运行的安全性；基于限功率条件下双馈风机(doubly
‑
fed induction generator,dfig)参与电网频率调整，根据不同风况通过惯性响应控制系数与桨距角减载控制系数相配合的控制方法，在减少弃风的前提下优化了双馈风机的调频特性；通过对风机有效储能的评估优化调频控制参数，充分利用了风机的调频资源；在限功率运行条件下通过仿真制订适应变风速下的参数控制方法；根据风电渗透率及风速构建变参数调频控制策略，优化风机出力特性。上述方法所提控制策略在一定程度上提升了双馈风机的调频性能，但尚未在能量来源上对惯性响应环节与减载控制环节加以区分，未构建起风机当前运行点与惯量响应控制参数及一次调频控制参数间明确的映射关系。
5.在风机调频环节与风机固有控制环节控差异性问题上，现有方法中，根据系统频率变化动态调整虚拟惯性环节的控制参数，优化风机的调频效果；基于扩张状态观测器动态调整风机输出的电磁功率，有效避免系统频率的二次跌落。上述方法的研究重点是针对附加惯性控制环节控制参数的动态调整，而未考虑风机固有控制结构对调频出力特性的影响。基于此，现有文献在对风电场等效惯量时间常数的计算中发现速度控制器的存在对等效惯性时间常数存在影响；通过在调频期间闭锁速度控制器的输出实现转子动能的有效提取；针对风机调频退出时机进行研究，以提升风电场的稳定性，但速度控制器闭锁易导致转子动能的过度释放，风机退出调频瞬间带来的有功转矩突变易造成系统频率的二次跌落。
6.综上，双馈风机的调频特性受风机当前运行点、风机固有控制环节、调频控制参数等共同决定，而传统方法一般侧重于其中某个环节，未对多环节进行综合考量。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出了一种考虑多环节协同控制的风电调频方法及系
统，利用风机转子动能、桨距角减载与虚拟惯量和一次调频能量的对应，提出风机调频控制环节参数与运行点的映射等值模型；基于模糊逻辑算法提出针对风机固有控制环节的动态调节算法，缓解风机固有控制环节与调频环节的冲突，实现风机运行点、风机固有控制与调频控制环节参数三者协同配合的调频控制策略。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，包括：
10.根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；
11.根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。
12.第二方面，本发明提供一种考虑多环节协同控制的风电调频系统，包括：
13.等值映射模块，被配置为根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；
14.协同调频模块，被配置为根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。
15.第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
16.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
18.本发明提出双馈风机运行点与调频多环节间的参数匹配策略，利用风机转子动能、桨距角减载与虚拟惯量和一次调频能量对应模式，根据双馈风机净旋转储能和减载储备功率构建风机调频控制环节参数与运行点的映射等值模型；在高风速下充分挖掘了双馈风机的调频能力，低风速下规避了风机因过度参与调频引发的停机风险，弥补了定系数风机调频控制的不足之处，具有可实施性与控制鲁棒性。
19.本发明通过对双馈风机固有控制环节及调频环节间控制目标差异性的分析，分析了以速度控制器为主的风机固有控制环节对调频过程的影响，采用模糊逻辑算法，根据系统频率变化率与系统频率偏差判定当前调频进程，构建提升电网频率控制效果的速度控制器动态运行算法，实现对速度控制器控制参数的动态调整，实现速度控制器与调频环节的协同配合，缓解风机固有控制环节与调频环节间的固有矛盾，有效协调风机当前运行点以及风机调频控制、风机固有控制等环节的调频性能，提升电网的频率控制支撑能力。
20.本发明针对速度控制器控制参数构建的模糊逻辑控制环节，能有效缓和风机固有控制环节与调频环节的冲突，既削弱了双馈风机转速恢复阶段对系统频率造成的二次跌落现象，缩短双馈风机进入稳态的时间，又增强了双馈风机在系统频率跌落时的惯性支撑能力。
21.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1为本发明实施例1提供的考虑多环节协同控制的风电调频方法示意图；
24.图2为本发明实施例1提供的双馈风机惯性响应控制结构示意图；
25.图3为本发明实施例1提供的1.5mw双馈风机调频能力曲线图；
26.图4为本发明实施例1提供的双馈风机风能利用系数
‑
叶尖速比特性曲线图；
27.图5为本发明实施例1提供的桨距角减载控制结构示意图；
28.图6为本发明实施例1提供的1.5mw双馈风机减载储备功率示意图；
29.图7为本发明实施例1提供的转子响应系数(固定k
it
)示意图；
30.图8为本发明实施例1提供的转子响应系数(固定k
pi
)示意图；
31.图9(a)
‑
9(b)为本发明实施例1提供的fisi输入隶属度函数的频率变化速率和频率偏差示意图；
32.图9(c)
‑
9(d)为本发明实施例1提供的fisi输出隶属度函数的速度控制器比例函数和速度控制器积分系数示意图；
33.图10(a)
‑
10(b)为本发明实施例1提供的fis1模糊逻辑推理结果示意图；
34.图11为本发明实施例1提供的两区域电网仿真结构示意图；
35.图12(a)
‑
12(b)为本发明实施例1提供的模糊控制策略调频时的系统频率曲线和风电场输出有功功率变化曲线；
36.图13(a)
‑
13(b)为本发明实施例1提供的桨距角减载控制调频时的系统频率曲线和风电场输出有功功率变化曲线；
37.图14(a)
‑
14(b)为本发明实施例1提供的不同风速下双馈风机调频时的系统频率曲线和风电场输出有功功率变化曲线。
具体实施方式：
38.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.实施例1
43.双馈风机调频特性受风机当前运行点、风机调频控制以及风机固有控制等环节共同决定；其中，运行点体现风机调频能力，而若其与调频控制环节参数不匹配，将可能制约其调频性能或威胁风机自身运行；风机调频控制与固有控制(如速度控制器)等环节的控制目标具有差异性，同样会引发调频性能与自身运行安全的冲突。为此，本实施例提供一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，如图1所示，具体包括：
44.s1：根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；
45.s2：根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。
46.由于双馈风机的调频能力与当前运行工况密切相关，而定系数控制策略在高风速工况下难以充分挖掘风机的调频潜力，低风速工况下易造成转子动能的过度释放进而引起风机切机；所以，本实施例对双馈风机的调频能力展开研究，构建风机运行点与调频参数间的映射关系。
47.在所述步骤s1中，构建的风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型包括双馈风机虚拟惯性环节参数等值和双馈风机一次调频环节净调差系数等值；
48.s1
‑
1：所述双馈风机虚拟惯性环节参数等值中；
49.双馈风机常用的惯性响应策略为在双馈风机控制器中加入附加有功控制回路，其控制模型如图2所示，图中k
i
为双馈风机功频静态特性系数，k
f
为微分系数，k
pi
和k
it
为速度控制器比例积分环节的比例系数与积分系数，τ为变流器响应时间常数，t
f1
与t
f2
分别为低通滤波器与高通滤波器的延时系数，h
dfig
为双馈风机的固有惯性时间常数；
50.系统频率扰动期间，双馈风机响应系统频率变化的有功功率额外出力δp
e
表示为：
[0051][0052]
对惯性响应进行分析可知，双馈风机具备响应系统频率变化的能力，对频率变化率的响应等效增加了系统惯量水平，对系统频率偏差的响应等效增加了系统阻尼。惯性响应的能量来源是风机的转子动能，因此可以根据不同风速下风机具备的旋转储能对惯性响应环节的微分环节系数k
f
进行整定，虚拟惯性环节可在较短的时间尺度下为系统提供有功支撑，可有效减少系统的频率变化率，而减载运行则让风机具备了一次调频的能力。
[0053]
双馈风机参与惯性响应的能量来源是旋转部件中储存的机械能，主要包含叶片以及异步发电机转子中储存的动能，考虑双馈风机最低转速限制(0.7p.u.)，双馈风机可在当前转速下具备的旋转储能为：
[0054][0055]
式中，h
w
是风力机惯性时间常数，h
g
是异步发电机惯性时间常数，ω
r
是风电机组当前运行点对应的转子转速标幺值，ω
min
是双馈风机最低转速限制。
[0056]
双馈风机参与调频期间，因转子动能的释放引发工作点的偏移，转子转速的偏移引起风能利用系数的变化，叶片从风中汲取的机械功率偏离设定值；所以，综合考虑当前运
行点具备的转子动能与调频期间引起的风功率损失，定义两者能量的差值为净旋转储能，如下式所示：
[0057][0058]
式中变量含义参考文献《基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制》。
[0059]
如图3所示，以1.5mw双馈风机为例，经计算得到风机在不同风况下的调频能力曲线；当风机运行于最大功率跟踪区与恒转速区，风机转子动能随风速的升高逐渐增大，进入恒功率后，转子转速保持1.2pu，转子动能不再增大；风机处于最大功率跟踪区时，对应的风能利用系数最大，在参与调频期间叶尖速比的改变必然会导致风能利用系数减小，带来风能捕获的减小；当风电场所处风速水平较高时，为保障风机功率不越限，稳态工况下风能利用系数达不到最大值，调频期间转子转速的下降引起叶尖速比的减少，风能利用系数向不降反增，风机捕获的风功率有所增加，机械能损失为负值；当双馈风机的转子动能与机械能损失的差值大于零时，风电场具备参与调频的能力，调频时间尺度下风速越高，净旋转储能越大，调频期间风电机组具备更强的频率支撑能力。
[0060]
双馈风机参与调频过程中，将可用于虚拟惯性控制的能量与用于双馈风机的额定容量的比值定义为双馈风机的净惯性时间常数，表示为：
[0061][0062]
式中，h
w
为净惯性时间常数，e为风机可用于惯性响应的净旋转储能，s
w
为风机的额定容量；
[0063]
以标幺值形式表示的同步机转子运动方程为：
[0064][0065]
对比虚拟惯性控制微分环节与同步机转子运动方程，为了使双馈风机的虚拟惯性环节模拟同步发电机的转子运动特性，将虚拟惯性控制增益系数k
f
设置为两倍的净惯性时间常数，即：
[0066][0067]
s1
‑
2：所述双馈风机一次调频环节净调差系数等值中；
[0068]
在固定风速下，风机吸收的机械功率由风能利用系数决定，风能利用系数是桨距角β与风机转速ω
r
的函数，固定风速下叶尖速比与风机转速同步变化；如图4所示为不同桨距角对应的风能利用系数
‑
叶尖速比，a点为最大风能捕获运行点，此时风能利用系数最大，增大桨距角至β1，此时风机运行点位于点b，风能利用系数减小δc
p
，实现功率备用。
[0069]
桨距角减载控制结构如图5所示，图中d％为减载率，p
opt
为当前风速下风机可获得的最大功率，p
del
为风机减载功率参考值，p
set
为风机有功功率设定值；当系统频率处于设定的死区内时，设定减载率为10％，双馈风机通过修改桨距角限制叶片吸收的机械功率，此时
p
set
＝0.9p
opt
，使风机留有一部分有功备用；当电网频率超出死区风机有功功率设定值时，修正p
set
＝0.9p
opt
‑
δω
s
k
i
，经pi环节调整风机桨距角，增大风机捕获的机械功率为电网提供持久性的有功支撑。
[0070]
同步发电机功频静态特性表示为：
[0071][0072]
式中，k
g
为同步发电机的功频静态特性系数，k
g
为功频静态特性系数标幺值，p
gn
为发电机的额定功率，σ为发电机的调差系数。
[0073]
为实现对同步机下垂特性的模拟，双馈风机桨距角减载控制环节在参与调频期间增发的有功功率表示为：
[0074][0075]
式中，ω
n
为系统角速度额定值，k
i*
为双馈风机单位调节功率标幺值，δ
w
为双馈风机调差系数；
[0076]
由上式可知，双馈风机功频静态特性系数与系统允许最大静态频率偏差δω
s,max
和风机减载储备功率p
d
有关：
[0077][0078]
为减少弃风，本实施例设定风机减载率为10％，如图6所示，经仿真可得1.5mw双馈风机在不同风速下对应的风机减载储备功率，结合功频静态特性系数的表达式，可以对不同风速下的功频静态特性系数进行整定。
[0079]
由于双馈风机惯性响应特性由风机固有控制结构和调频环节共同影响，所以本实施例以速度控制器为风机固有控制结构，探究了速度控制器对风机调频能力的影响，根据图2所示的双馈风机惯性控制结构，借助小扰动分析法建立系统角速度变化量与风机转子转速变化量之间的对应关系，定义为风机转子响应系数m
r
，在本实施例中，由于变流器时间常数与双馈风机阻尼系数较小，可忽略不计，调频期间视机械转矩为定值：
[0080][0081]
转子响应系数大于零意味着风机转子转速与系统角速度同期变化，系统频率跌落事件下风机可释放储存在转子中的能量，为系统提供有功支撑；转子响应系数越大，意味着风机释放的转子动能越多，转子响应系数小于零代表风机转子转速进入恢复阶段，此时风机不再对系统频率起支撑作用。
[0082]
固定速度控制器积分系数k
it
为0.6不变，改变速度控制器比例系数，可得如图7所示的时域下转子响应系数的曲线，减小速度控制器比例系数可以提升转子响应系数的峰
值，风机具备更强劲的惯性响应能力，但过小的速度控制器比例系数容易引起转子动能过度释放，易造成风机失稳；
[0083]
固定速度控制器比例系数k
pt
为3不变，改变速度控制器积分系数，可得如图8所示的时域下转子响应曲线，减小速度控制器积分系数可以增强风机参与有功支撑的时间，过大的积分系数易造成转子转速的振荡，延长了风机进入稳态的时间；
[0084]
由以上分析可知，速度控制器参数对双馈风机调频性能起关键性作用，固定的速度控制器参数无法同时兼顾风机的调频能力与风机转子的稳定性。所以，在所述步骤s2中，本实施例基于模糊逻辑实现对速度控制器的动态控制，速度控制器通过对输出转矩的控制实现对转子转速的无差调节，有利于风机在变风速工况下及时调整转子转速，实现快速的最大功率跟踪控制。
[0085]
惯性响应环节依靠对转子动能的提取实现频率扰动事件下的有功支撑，风机轴系上机械转矩与电磁转矩的不平衡引起转子转速的偏移，速度控制器的参数对转子动能的释放过程起重要影响，所以为实现速度控制器与调频环节的协同配合，本实施例基于系统频率变化率与频率偏差量判断当前系统频率波动状态，采用模糊逻辑控制环节对速度控制器参数进行动态调整，在考虑双馈风机调频参数映射等值模型的基础上，提出调频环节模糊协同控制及参数等值策略。
[0086]
在所述步骤s2中，根据模糊逻辑控制器fis1对速度控制器参数调整的规则为：
[0087]
s2
‑
1：系统频率跌落初期，系统频率变化率很大但系统频率偏差较小，此时转子转速尚未偏离设定值，应尽量移除速度控制器的控制作用，充分发挥双馈风机的调频能力；
[0088]
s2
‑
2：系统频率由额定值跌落至最低点的过程中，频率偏差逐渐增大，频率变化率减小，适当增强速度控制器控制效果，加强对转子转速的控制；
[0089]
s2
‑
3：从频率最低点恢复至稳态的过程中，频率变化率为正值，频率偏差逐渐减小，该阶段常规同步机组的一次调频能力开始凸显，风机可以减少有功支撑，加速转子转速恢复，继续加强速度控制器的控制作用，加速风机转速恢复过程，缩短风机恢复至稳态运行的时间。
[0090]
基于此，建立表1
‑
表2所示的模糊规则表：
[0091]
表1比例系数模糊逻辑规则表
[0092][0093]
表2微分系数模糊逻辑规则表
[0094][0095]
利用模糊逻辑控制器fis1可以实现对速度控制器比例系数及积分系数的动态调整，取系统频率偏差(
‑
0.6～0hz)和频率变化率(
‑
0.2～0.2hz/s)作为输入量来判断风机当前所处调频阶段，输出量为速度控制器比例系数k
pt
及积分系数k
it
；fis1对应的输入与输出量关系以及对应的隶属度函数如图9(a)
‑
9(d)所示，根据输入输出隶属度函数以及模糊逻辑规则表可得fis1输出结果如图10(a)
‑
10(b)所示。
[0096]
为验证本实施例所提控制策略的可行性，在matlab/simulink仿真平台搭建包含火电机组与风电机组在内的两区域系统仿真模型，仿真结构如图11所示，火电机组与风电场的运行参数见表3，通过设置负荷突增模拟系统频率跌落事件，观察并记录系统的运行状态。
[0097]
表3仿真参数
[0098][0099]
首先是对速度控制器模糊控制策略调频效果的分析；为了对比典型矢量控制与附加虚拟惯量控制环节对双馈风机调频能力的影响，同时验证本实施例所提速度控制器模糊控制策略的有效性，设置以下仿真项目：风电场初始风速设置为17m/s，风电场出力9mw，系统初始有功负荷77mw，在t＝30s时系统负荷突增5mw，仿真结果如图12(a)
‑
12(b)所示。
[0100]
负荷突增事件发生后，典型矢量控制下的双馈风机在pll的快速控制作用下，定子内电势相位实现了对系统相位的快速跟踪，风机有功输出在短暂的波动后恢复稳态值，不能实现对系统的有功支撑；附加惯性控制的双馈风机可以感知系统频率变化，风电场通过增发有功出力参与调频，降低了系统频率变化率，提升了系统频率最低点。
[0101]
静态的速度控制器参数在调频过程中抑制了风电场的有功支撑能力，系统频率恢复期间风电场有功出力迅速减小，系统频率出现二次跌落现象，不利于系统的安全稳定运行，且转子转速恢复至稳态所需时间较长，难以充分发挥风电机组的调频效果；调频初期速度控制器的控制效果较弱，风机有功支撑时间增加，有效提升了系统频率最低点，系统频率
恢复阶段速度控制器控制效果增强，加速转子转速恢复过程，有效减少了风机进入稳态的时间，且转子转速恢复的过程中未引起频率的二次跌落。
[0102]
综上，上述仿真结果验证了本实施例所提速度控制器模糊控制策略下的双馈风机在调频期间具备优良的动态效果，缓解了双馈风机固有控制环节与调频环节的冲突，提升了双馈风机对电网的频率支撑能力。
[0103]
其次对桨距角减载控制调频效果的分析；本实施例分别对比不施加调频策略和施加虚拟惯性响应策略，同时加入虚拟惯性控制策略与桨距角减载控制对调频效果的影响，仿真结果如图13(a)
‑
13(b)所示。
[0104]
由系统频率曲线可知，惯性响应环节的加入缓解了系统频率变化率，提升了系统频率最低点，但当双馈风机进入转速恢复阶段，风电场不再具备提供有功支撑的能力，系统的稳态频率仅由同步机决定；桨距角减载控制的加入不仅加快了系统频率的恢复速度，有效缩短系统频率进入稳态值所需的时间，由于捕获的机械功率发生变化，风电场可以在较长的时间尺度内为电网提供有功支撑，系统的稳态频率提升了0.03hz。
[0105]
对桨距角减载控制策略控制下的双馈风机有功出力特性进行分析，稳态时风电场出力为8.1mw，频率跌落事件发生后，惯性控制环节快速增发有功，随着系统频率进入恢复阶段，速度控制器的控制作用增强，惯性响应被削弱，有助于风机转子转速的快速恢复；双馈风机桨距角控制环节因其较大的时间常数以及桨距角变化率限幅环节的存在，调频期间机械功率提升较慢，风机输出有功功率需经过一段爬坡期才能到达稳态值。
[0106]
所以，无论从能量来源还是时间尺度层面，本实施例所提桨距角减载控制方式与传统同步发电机通过调节汽门开度增大原动机输入机械功率的一次调频响应过程较为接近，双馈风机在出力特性上可以实现与同步机的有效衔接。
[0107]
最后对风机运行点与调频参数匹配策略的仿真验证；为验证本实施例所提控制策略在不同风况下的适应性，在12m/s，17m/s，21m/s三种风况下对风电场的调频性能进行分析，风电调频能力计算模块输出结果及调频结果见表4
‑
表5，仿真曲线如图14(a)
‑
14(b)所示。
[0108]
表4风电调频能力计算模块输出结果
[0109][0110]
表5不同风速下调频效果
[0111][0112]
由风电调频能力计算模块输出结果可知，随着风速的提升，双馈风机净旋转储能提升，可用于惯性响应的能量增加，微分环节增益系数增大；本实施例为风机预留了10％的减载功率，风机处于中低风速区时，随着风速的提升，双馈风机的减载储备功率升高，对应
的功频静态特性系数提升，双馈风机一次调频能力提升，风机进入恒功率区后，输出功率在桨距角系统的控制作用下维持不变，减载储备功率不再发生变化，对应的风机功频静态特性系数不再改变，17m/s与21m/s风况下发生相同的频率扰动事件后系统稳态频率相同。
[0113]
由仿真结果可知，随着风速由12m/s提升至17m/s，系统惯性响应能力显著提升，系统频率跌落时间缩短，系统频率最低点显著提升，风机输出有功功率变化量变大；随着风速的进一步增加，转子惯量响应能力增加放缓，系统频率最低点提升不明显。风机的一次调频能力随风速的增加，先增加后维持不变，功频静态特性系数决定了系统的稳态频率，17m/s与21m/s风速下的双馈风机具备相同的一次调频能力，因此在发生相同的频率扰动事件后风机稳态出力与系统稳态频率均相同。
[0114]
综上，上述仿真结果验证了本实施例所提风机运行点与调频参数映射等值模型的有效性，在保障风机安全稳定运行的前提下实现了风机运行点、风机调频能力与调频环节控制参数的良好映射。
[0115]
实施例2
[0116]
本实施例提供一种考虑多环节协同控制的风电调频系统，包括：
[0117]
等值映射模块，被配置为根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；
[0118]
协同调频模块，被配置为根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。
[0119]
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
[0120]
在更多实施例中，还提供：
[0121]
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
[0122]
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0123]
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
[0124]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。
[0125]
实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里
不再详细描述。
[0126]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0127]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0128]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，包括：根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。2.如权利要求1所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，所述映射等值模型包括风机虚拟惯性环节参数等值，根据不同风速工况下风机的净旋转储能功率对虚拟惯性响应的微分环节系数进行整定，当风机的净旋转储能功率大于零时，风机参与调频，并根据风机的净惯性时间常数对虚拟惯性响应的微分环节系数进行整定。3.如权利要求2所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，所述风机的净惯性时间常数为虚拟惯性控制能量与风机额定容量的比值，所述虚拟惯性响应的微分环节系数为两倍的净惯性时间常数。4.如权利要求1所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，所述净旋转储能功率为风机当前运行点的转子动能与调频期间风功率损失的差值，在调频时间尺度下，风速越高，净旋转储能功率越大。5.如权利要求1所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，所述映射等值模型包括风机一次调频环节净调差系数等值，风机桨距角减载控制环节在参与调频期间，调节风机桨距角，得到有功功率增加值，根据有功功率增加值的最大值得到风机的减载储备功率，根据不同风速工况下风机的减载储备功率与系统允许最大静态频率偏差，对风机功频静态特性系数进行整定。6.如权利要求1所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，采用模糊逻辑控制方法对风机固有控制器的控制参数进行调节，通过控制风机的输出转矩实现对变风速工况下转子转速的调节。7.如权利要求1所述的一种考虑多环节协同控制的风电调频方法，其特征在于，根据风机的频率偏差和频率变化率，判断系统处于频率跌落初期时，转子转速未偏离设定值，不启动风机固有控制器的控制；当系统频率由额定值落至最低点的过程中，频率偏差增大，频率变化率减小，启动风机固有控制器的控制，增大转子转速；当系统频率由最低点恢复至稳态的过程中，频率变化率为正值，频率偏差减小，减少风机有功支撑，加强风机固有控制器的控制，加速转子转速的恢复。8.一种考虑多环节协同控制的风电调频系统，其特征在于，包括：等值映射模块，被配置为根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；协同调频模块，被配置为根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1
‑
7任一项所述的方
法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1
‑
7任一项所述的方法。
技术总结
本发明公开一种考虑多环节协同控制的风电调频方法及系统，包括：根据风机的净旋转储能功率和减载储备功率构建风机运行点与调频控制环节参数的映射等值模型，在不同风速工况下，根据映射等值模型对风机桨距角减载和虚拟惯性响应参数进行调节；根据风机的频率偏差和频率变化率判断风机当前所处的调频控制环节，根据判断结果对风机固有控制器的控制参数进行调节，以控制风机的输出转矩。利用风机转子动能、桨距角减载与虚拟惯量和一次调频能量的对应，提出风机调频控制环节参数与运行点的映射等值模型；基于模糊逻辑算法提出针对风机固有控制环节的动态调节算法，实现风机运行点、风机固有控制与调频控制环节参数三者协同配合的调频控制策略。合的调频控制策略。合的调频控制策略。


技术研发人员：张峰 李柏慷 丁磊 李华东
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：2021.03.03
技术公布日：2021/6/29