一种基于海上风电的电网调频系统和方法

本发明涉电力，尤其涉及一种基于海上风电的电网调频系统和方法。

背景技术：

1、相较于陆上风电，海上风力发电机组可利用时间区间长、风速较为稳定且可利用体量大，其有功响应能力更强。因此，海上风电正成为新型电力系统发电资源开发利用的热点。由于新能源渗透率的快速提升，非同步发电机容量的增加使得电力系统调频能力快速减弱，频率稳定的安全问题逐渐显现出来。目前，在调频的需求下，机组储能的配置状态可能包含：未配备储能系统，调频主要靠风电机组动能或变桨备用；配置了储能系统，但为了减小储能系统的配置容量，储能系统常态下处于接近满电状态，只能发功率不能吸收功率，当调频要求机组降功率时，由机组收桨应对；配置了储能系统，储能系统常态下约处于50％荷电状态，即能发功率也能吸收功率，调频时由储能系统响应调频功率需求。

2、目前，针对不同的配置还没有通用的调频策略可供使用，每种配置对应一种控制逻辑的形式将导致软件逻辑复杂化，不便于维护，对于变桨备用功率的利用，现有策略通常需要实时计算出备用容量的大小，以此来确立升功率目标。此方法的缺陷是备用容量的估算环节存在误差，若估算偏大，可能引发转速拉低甚至失稳；估算偏小，不能充分发挥调频能力。除此之外，在调频过程中风速波动如何应对，业界尚未提出较好的应对方法。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于海上风电的电网调频系统和方法，用以克服现有技术中系统数据处理紊乱，不能实时检测并及时调节，导致调频响应不及时且系统运行效率低的问题。

2、一方面，本发明提供一种基于海上风电的电网调频系统，包括：

3、风电模块，用以对用电电网供电，包括若干风力发电机，针对单台风力发电机，包括用以将风能转化成机械能的风力发电机叶片，用以将机械能转化成电能的发电机，与所述发电机相连用以对产生的电流进行整流的整流设备，以及用以调整风力发电机的偏航角的对风装置；所述风力发电机叶片顶端翼型弦线与叶片旋转平面的夹角为桨距角；

4、储能模块，其与所述风电模块相连，用以存储所述风电模块产生的电能并需要时释放电能对所述用电电网补充供电；

5、检测模块，其分别与所述风电模块以及储能模块相连，用以检测所述风电模块供电功率、所述风力发电机的发电功率、风速以及风向的变化频率；

6、中控模块，其与所述检测模块相连，用以根据标准入网功率与所述风电模块供电功率的差值判定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准，并在不符合预设标准时控制所述检测模块检测所述风电模块的所有风力发电机的发电功率，并将发电功率小于预设发电功率的单台风力发电机记为次级风力发电机，中控模块统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的二次判定方式，或，根据求得的功率差值启动储能模块对所述用电电网补充供电，或，控制所述风电模块断开对所述用电电网的供电；

7、调节模块，其用以根据判定模块判定的结果将所述系统运行中对应的部件的运行参数调节至对应值。

8、进一步地，所述中控模块在第一预设条件下计算标准入网功率与所述风电模块供电功率的差值，并将其记为功率差值，所述中控模块根据功率差值确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的判定方式，其中

9、第一判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电符合预设标准，并按照当前的供电方式对所述用电电网进行供电；所述第一判定方式满足所述功率差值小于第一预设功率差值；

10、第二判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电不符合预设标准，并控制所述检测模块检测所述风电模块的所有风力发电机的发电功率，并将发电功率小于预设发电功率的单台风力发电机记为次级风力发电机，中控模块统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的二次判定方式；所述第二判定方式满足所述功率差值大于等于所述第一预设功率差值且小于第二预设功率差值；

11、第三判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电不符合预设标准，并根据求得的功率差值启动储能模块对所述用电电网补充供电；所述第三判定方式满足所述功率差值大于等于所述第二预设功率差值且小于第三预设功率差值；

12、第四判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电不符合预设标准，中控模块控制所述风电模块断开对所述用电电网的供电，并对所述储能模块进行充电；所述第四判定方式满足所述功率差值大于等于所述第三预设功率差值；

13、所述第一预设条件为所述风电模块的供电功率小于所述标准入网功率。

14、进一步地，所述中控模块在所述第二判定方式下控制所述检测模块检测所述风电模块的所有风力发电机的发电功率，并将发电功率小于预设发电功率的单台风力发电机记为次级风力发电机，中控模块统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的二次判定方式，其中，

15、第一类判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电符合预设标准，并按照当前的供电方式对所述用电电网进行供电；所述第一类判定方式满足所述次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比小于第一预设占比；

16、第二类判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电符合不预设标准且不符合预设标准的原因为风速不符合预设标准，中控模块控制所述检测模块检测风速，所述调节模块根据测得的风速将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第二类判定方式满足所述次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比大于等于所述第一预设占比且小于第二预设占比；

17、第三类判定方式为所述中控模块判定所述风电模块的供电符合不预设标准且不符合预设标准的原因为所述风电模块中的风力发电机存在硬件故障，中控模块发出警报，并提示对风电模块中的风力发电机进行硬件检测维修；所述第三类判定方式满足所述次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比大于等于所述第二预设占比。

18、进一步地，所述中控模块在所述第二类判定方式下控制所述检测模块检测风速，所述调节模块根据测得的风速确定针对所述单台风力发电机的桨距角的调节方式，其中，

19、第一桨距角调节方式为所述调节模块使用第一预设桨距角调节系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第一桨距角调节方式满足所述风速小于第一预设风速；

20、第二桨距角调节方式为所述调节模块使用第二预设桨距角调节系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第二桨距角调节方式满足所述风速大于等于所述第一预设风速且小于第二预设风速；

21、第三桨距角调节方式为所述调节模块使用第三预设桨距角调节系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第三桨距角调节方式满足所述风速大于等于所述第二预设风速。

22、进一步地，所述中控模块在第二预设条件下计算预设转速与所述调节后单台风力发电机的转速之间的差值，并将其记为修正差值，所述调节模块根据修正差值确定针对所述单台风力发电机的桨距角的修正方式，其中，

23、第一修正方式为所述调节模块使用第一预设修正系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第一修正方式满足所述修正差值小于第一预设修正差值；

24、第二修正方式为所述调节模块使用第二预设修正系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第二修正方式满足所述修正差值大于等于所述第一预设修正差值且小于第二预设修正差值；

25、第三修正方式为所述调节模块使用第三预设修正系数将所述单台风力发电机的桨距角减小至对应值；所述第三修正方式满足所述修正差值大于等于所述第二预设修正差值；

26、所述第二预设条件为所述调节模块完成所述单台风力发电机的桨距角减小，且调节后单台风力发电机的转速小于所述预设转速。

27、进一步地，所述中控模块在所述第三预设条件下控制检测模块检测修正后单台风力发电机的发电功率，中控模块根据测得的发电功率确定针对修正后单台所述风力发电机的供电是否符合预设标准的判定方式，其中，

28、第一供电判定方式为所述判定模块判定修正后单台所述风力发电机的供电不符合预设标准，中控模块进一步控制所述检测模块检测预设时间段内风向的变化频率，并根据测的变化率确定针对所述风力发电机的对风装置的是否启动的判定方式；所述第一供电判定方式满足所述修正后单台风力发电机的发电功率小于所述预设发电功率；

29、第二供电判定方式为所述判定模块判定修正后单台所述风力发电机的供电符合预设标准，并按照当前的供电方式对所述用电电网进行供电；所述第二供电判定方式满足所述修正后单台风力发电机的发电功率大于等于所述预设发电功率；

30、所述第三预设条件为所述调节模块完成所述单台风力发电机的桨距角的修正。

31、进一步地，所述中控模块在所述第一供电判定方式下控制所述检测模块检测预设时间段内风向的变化频率，并根据测的变化率确定针对所述风力发电机的对风装置的是否启动的判定方式，其中，

32、第一对风判定方式为所述中控模块判定启动所述风力发电机的对风装置，并根据所述预设发电功率与所述修正后单台风力发电机的发电功率之间的差值将所述风力发电机的对风装置的偏航角减小至对应值；所述第一对风判定方式满足所述预设时间段内风向的变化频率小于预设频率；

33、第二对风判定方式为所述中控模块判定不启动所述风力发电机的对风装置；所述第二对风判定方式满足所述预设时间段内风向的变化频率大于等于预设频率。

34、进一步地，所述中控模块在所述第一对风判定方式下计算所述预设发电功率与所述修正后单台风力发电机的发电功率之间的差值，并将该差值记为偏航差值，所述调节模块根据偏航差值确定针对所述风力发电机的对风装置的偏航角的调节方式，其中，

35、第一偏航角调节方式为所述调节模块使用第一预设调节系数将所述风力发电机的对风装置的偏航角减小至对应值；所述第一偏航角调节方式满足所述偏航差值小于第一预设偏航差值；

36、第二偏航角调节方式为所述调节模块使用第二预设调节系数将所述风力发电机的对风装置的偏航角减小至对应值；所述第二偏航角调节方式满足所述偏航差值大于等于所述第一预设偏航差值且小于第二预设偏航差值；

37、第三偏航角调节方式为所述调节模块使用第三预设调节系数将所述风力发电机的对风装置的偏航角减小至对应值；所述第三偏航角调节方式满足所述偏航差值大于等于所述第二预设偏航差值。

38、进一步地，所述中控模块在所述第三判定方式下启动储能模块对所述用电电网补充供电且供电功率不满足标准入网功率时，所述中控模块发出警报，并提示对储能模块扩容。

39、另一方面，本发明还提供一种基于海上风电的电网调频方法，包括：

40、步骤s1，引入标准入网功率与所述风电模块供电功率的功率差值，并使用所述检测模块对其实时检测；

41、步骤s2，当所述中控模块根据所述判定所述风电模块的供电符合不预设标准时控制所述检测模块检测所述风电模块的所有风力发电机的发电功率，并将发电功率小于预设发电功率的单台风力发电机记为次级风力发电机，中控模块统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的二次判定方式，或，启动储能模块对所述用电电网补充供电，或，控制所述风电模块断开对所述用电电网的供电；

42、步骤s3，所述调节模块根据所述中控模块判定的结果将单台风力发电机的桨距角减小至对应值，或，根据求得的功率差值启动储能模块对所述用电电网补充供电，或，控制所述风电模块断开对所述用电电网的供电，并对所述储能模块进行充电。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的系统包括用以对用电电网供电的风电模块，用以以存储所述风电模块产生的电能，以及在需要时释放电能对所述用电电网补充供电的储能模块，用以检测所述风电模块供电功率，所述风力发电机的发电功率，风速，风向的变化频率的检测模块，用以根据标准入网功率与所述风电模块供电功率的差值判定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的中控模块以及用以根据判定模块判定的结果将所述系统运行中对应的部件的运行参数调节至对应值的调节模块，通过实时检测并及时调节，从而增加调频响应速度且提高系统的运行效率。

44、进一步地，本发明根据标准入网功率与所述风电模块供电功率的差值判定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准，并在不符合预设标准时控制所述检测模块检测所述风电模块的所有风力发电机的发电功率，并将发电功率小于预设发电功率的单台风力发电机记为次级风力发电机，中控模块统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比确定针对所述风电模块的供电是否符合预设标准的二次判定方式，或，根据求得的功率差值启动储能模块对所述用电电网补充供电，或，控制所述风电模块断开对所述用电电网的供电，从而针对不同功率差值的情况下进行及时调频执行动作，解决了以往的调频单一和响应速度慢的问题。

45、进一步地，中控模块通过统计次级风力发电机的数量与所述风电模块内风力发电机总数的占比，并根统计的占比进一步判定风电模块的供电不足时的原因为风速或硬件故障问题，从而实现风电模块的供电是否符合预设标准精准二次判定。

46、进一步地，当风电模块的供电符合不预设标准且不符合预设标准的原因为风速不符合预设标准时，调节模块通过减小桨距角，从而增大风力发电机的叶片的作用力，从而提高风力发电机的转速，从而提高输出功率，实现调频。

47、进一步地，所述调节模块完成所述单台风力发电机的桨距角减小，且调节后单台风力发电机的转速小于所述预设转速时，中控模块通过将单台风力发电机的桨距角减小至对应值，从而实现桨距角的精准调节。

48、进一步地，当单台风力发电机完成桨距角的修正后，检测模块通过进一步检测修正后单台风力发电机的发电功率确定单台所述风力发电机的供电是否符合预设标准，并在不符合预设标准时进一步检测风向的变化频率判定是否进行对风装置的调节，从而解决了桨距角的修正后仍不满足预设要求时的处理方法。

49、进一步地，当风向的变化频率小于预设变化率时，可以将风力发电机的对风装置的偏航角减小至对应值，从而提高输出功率，实现调频。

50、进一步地，本发明的调节模块在对风力发电机的对风装置的偏航角的调节时，通过不同的调节系数实现偏航角的精准调节，从而实现精准调频。

51、进一步地，当储能模块对所述用电电网补充供电且供电功率不满足标准入网功率时，本发明的中控模块还可以发出警报，并提示对储能模块扩容，为系统的稳定性增加保障。

52、进一步地，本发明的方法通过实时检测，判定和调节系统中运行的相应参数从而增加调频响应速度且提高系统的运行效率。