混合型风电场站自适应有功调控方法及系统

本发明涉及混合型新能源电场站有功调控，特别是一种基于源荷预测的混合型风电场站自适应有功调控方法及系统。

背景技术：

1、研究表明，电流源型新能源在强电网有着比较好的运行稳定性，同时具有结构简单，反应快速的特点，但在弱电网下难以稳定运行。电压源型新能源则可以提升弱电网下的稳定运行的能力，但不适应于强电网，而且存在发电效率损失、增加投资和运行成本的缺点。因此在新能源场站中，采用电流源和电压源型混合控制是一种兼顾电网可靠性和经济性的解决方案。但现有的研究对于如何优化电流源电压源混合型新能源配置仍有不足，在包含多自同步电压源及电流源型新能源构成的混合型新能源场站中，如何实现多自同步电压源及其与电流源型新能源的协调运行，实现快慢协同，并避免控制振荡，实现场站对外的整体控制性能，是需要进一步研究的重点。

2、风力发电厂是当下最适宜的新能源发电技术之一，但是鉴于地理位置和风力大小的不规则性，很多的风力资源都无法利用，于是有研究将储能技术和风力发电技术相结合来平抑风力发电的波动性，但实际情况中，储能设备的建设有不确定性，需要配备足够的容量，这往往会造成场站建设成本的提高。风电场站在实际运行的过程中，还需要考虑接入电力系统的负荷扰动，较大的负荷变动和导致电网频率发生偏移，为了防止电网频率发生较大波动而产生振荡，需要对电网进行频率调节。

3、现有的新能源场站的调控技术大多是采用了原有的火电厂，水电场等的传统调度调控模式，从而在面对新旧能源差别控制时，需要采用人工调度，人工审核判断等操作，调控过程非常复杂，同时新型的新能源场站将会在原有的场站上做出优化，基于现有的研究技术，为提升系统运行稳定性，场站将采用电压源电流源混合型场站控制，而传统的场站运行模式没有对电压源电流源型新能源进行优化配置方面的考虑，控制模式单一，不适用于未来新能源场站的调控。混合型风电场站的结构通常包括：风力发电机组、储能系统、电能变换系统、电网连接系统、电缆系统、支撑架构和监测系统。其中，风力发电机组由风轮、发电机、齿轮箱、控制系统等组成；储能系统由储能设备组成，如电池组、超级电容器、飞轮等，用于存储场站发出电能；电能变换系统用于实现新能源发电的并网，主要由逆变器和其控制系统组成，根据控制方式的不同可以分为电流源型控制方式和电压源型控制方式；电网连接系统用于发电系统和电网的连接，包括：变压器、开关设备和保护设备等；电缆系统由用于连接各个部分的电缆和电线组成；支撑结构指用于支撑风力发电机组和太阳能电池板的结构，包塔架、支撑臂等；监测系统用于实时监测风力发电机组、储能系统工作状态、大气条件等，由各种传感器、数据采集设备、监控软件等组成。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于源荷预测的混合型风电场站自适应有功调控方法及系统，对电压源、电流源型新能源进行优化配置。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于源荷预测的混合型风电场站自适应有功调控方法，包括以下步骤：

3、s1、采集电网数据，监测电网频率波动δf；

4、s2、若所述电网频率波动δf∈h3，则判断电网是否发生故障，若是，则做出相应的应急措施，若否，则调用储能设备，进入步骤s5；若所述电网频率波动|δf|∈h3不成立，则进入步骤s3；

5、s3、判断所述电网频率波动δf∈h2是否满足，若满足，则确定风电场站中投入使用的风电机组所分配的负荷量，进行二次调频，并进入步骤s5；若不满足，则进入步骤s4；

6、s4、判断所述电网频率波动δf∈h1是否满足，若满足，则确定风电场站中投入使用的风电机组所分配的负荷量，进行无差调频，若不满足，则跟随风电场站初始功率分配指令，进入步骤s5；

7、s5、经过延时环节，判断所述电网频率波动δf∈h是否满足，若满足，则结束调频动作，否则返回步骤s1；

8、其中，h：δf1-<δf<δf1+，此区域为风电机组的调频死区。h1：δf1+<δf<δf2+&δf2-<δf<δf1-，此区域为风电机组的一次调频区域。h2：δf2+<δf<δf3+&δf3-<δf<δf2-，此区域为风电机组的过频切机和低频减载调频区域。h3：δf3+<δf&δf<δf3-，此区域为风电机组的过扰动区域。

9、本发明通过设置场站的调频动作区域，监测电网的频率波动，判断频率波动所处的区域，结合了多种调频技术，并分别采用相应的调频动作实现电网的频率稳定。同时本发明还考虑了电网强度的影响和各台风电机组的差异性的影响，进行风电机组的负荷分配，使得调频效果更好。因此，本发明的调频范围比传统的调频范围更大，调频效果更好，更适用于混合型新能源场站。步骤s2中，当电网未发生故障时，调用储能装置。储能装置具有快速响应的特点，在场站运行过程中可以实现快速的充放电，本发明采用储能装置计划实现电网的二次调频功能，实现电网频率发生重大波动时的应急电源，快速补充功率缺额。

10、步骤s3中，若所述电网频率波动δf∈h2，则当δf<0时，调用储能设备填补功率缺额，若储能设备无法提供足额功率，则采用低频减载控制策略；当δf>0时，优先采用闲置储能设备存储有功盈余，当储能设备无法存储有功时则减少场站有功输出。本发明考虑了场站的备用容量不足的情况下采用切除负荷和减少场站有功输出的动作，实现电网频率校正。

11、步骤s4中，若所述电网频率波动δf∈h1，则计算负荷功率波动|δp|，当功率缺额时，有功指令值pref＝p0+|δp|；当功率盈余时，有功指令值pref＝p0-|δp|，p0为场站初始有功指令值。本发明直接采用一次调频技术，保证了场站在标准电网频率范围内实现有功调控。风电场站中投入使用的风电机组所分配的负荷量δpi表示为：

12、

13、其中，δp为检测计算得到的总有功调节量，δpi表示投入使用的风电机组所分配的负荷量，pi为投入使用的第i台风电机组的额定容量整定值，pe为某种工况下投入使用的m台风电机组所能提供的总额定容量，pei表示投入使用的第i台风电机组初始额定容量，xi表示投入使用的风电机组的有功分配修正系数，gi为第i台风电机组的适应权值，gi＝gi·μ1，其中，gi表示第i台风电机组预测的风力发电指标，μ1表示由现有数据和专家评估所指定的风力发电指标占有功修正系数的权重；ti为第i台风电机组的耐用权值，ti＝ti·μ2，ti表示第i台风电机组的耐用性指标，μ2表示由现有数据和专家评估所指定的耐用性指标占有功修正系数的权重；ri为第i台机组的其他权值，ri-l表示第i台机组的第l种指标，μl表示由现有数据和专家评估所指定的第l种指标占有功修正系数的权重。

14、相较于传统的直接通过风电机组的容量比分配负荷，本发明考虑了风力发电场站的各台机组的差异性，例如：由于风力发电的不确定性，风速、风向、温度、湿度等因素会因各台风电机组所处的地理位置的差异而不同，从而影响机组的发电量；由于风力发电机组的使用寿命，磨损程度的不同，各台风电机组的发电效率也会受到影响；还有一些其他因素也会导致风电机组的个体差异。因此，上述公式综合考虑了多种影响因素，实现了对每台风力发电机组的实际发电能力的评估，并基于此来分配有功负荷，实现风电场站调频的最优化。

15、作为一个发明构思，本发明还提供了一种于源荷预测的混合型风电场站自适应有功调控系统，其包括：

16、一个或多个处理器；

17、存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本发明上述方法的步骤。

18、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用风力发电和电力系统负荷预测技术，优化储能配置和有功调控，收集风电场站的风电机组各项数据，结合实时电网监测数据，优化电流源电压源混合型风电机组功率分配，满足未来混合型风电场站精细化的稳定调控模式，弥补了混合型新能源场站有功调控方法的空白。