风电场场站级策略参与调频

在风电容量高增幅的新形势下，风电场如果想具有传统发电厂主动参与电网稳定性控制的功能，必须要有配套的从上到下的控制模式来控制风电场通过公共连接点向电力系统注入的功率，辅助电网的安全运行。随着微电子计技术以及工业通信技术的快速发展，通过优化升级风力发电系统的通信框架和通信协议，可以大大减少实时通信中信息的传递时间，使风电场具备了在收到电网调度员指令或监测到电网电压和频率出现偏差后百毫秒内实现对各机组的快速协调控制和信息收集成为可能。本书提出的多层控制策略以及各层控制之间的信号流如图6－16所示，控制策略可以分为三个层次：场站级检测与控制单元、风电机组功率与桨距角控制单元、变换器和桨距角伺服控制。

图6-16　风电场分层控制结构与各层之间信号流框图(www.xing528.com)

第三层为场站级检测与控制单元，从风电场并网的角度出发实现对风电场的集中控制，使风电场整体的功率表现满足电网的功率需求。本层控制中将风电场整体视为像传统发电厂一样的可控发电单元，根据在风电场公共并网点测量的电网频率等信息为控制依据，计算出用于每一台机组的有功功率控制系数kf和无功功率控制系数ku等值，并与减载控制的指定等控制指令值，以报文的形式通过风电场内的光纤通信系统下发到每台风电机组的控制平台，也就是第二层控制策略中的输入值。所有的风电机组跟随风电场的场站级功率管理平台的集中调度，不需要机组之间的相互通信，并且为了加快风电场参与电网调节的速度，场站级功率管理平台的所有指令都以标幺化的形式下发，避免了场站管理人员必须知道风电场内每台风力发电机的工作状态，再按一定规则分配增发功率的繁杂步骤。本层控制的目的是可以及时根据电力系统情况调节向电网注入的功率，达到参与系统的频率调节等目的。由于电网电压的幅值变化与无功源的输出强相关，也可以将并网点的电压作为检测量调节风电场向电网注入的无功功率。通过本层控制，风电场可以通过对电网注入功率的控制为电力系统提供辅助控制服务。

第二层为风电机组功率与桨距角控制单元，其主要功能是每台风力发电机组根据实时测量的风速和机组的运行情况通过查表得到当前风速下机组最优的输出有功功率Pmax和最优转速ωopt，结合第三层控制中发送的标幺化形式的控制指令以及实际的机组转速ωr，通过协调控制策略计算出实时的功率参考值Pref，Qref以及桨距角参考值βref作为第一层控制的指令参考值。在本层控制中实现了在系统频率变化时，有调频能力的机组可以及时响应改变风电场有功功率的输出，并且本层控制得到的各参考值可以使每一台风电机组在执行参与调频控制等任务的同时，保证机组的转速和输出功率的安全。

第一层为背靠背变换器和桨距角伺服控制单元，是整个风力发电机组最底层控制的实现机构，也决定了整个双馈风力发电系统的运行性能，主要包括了背靠背变换器和桨距角机电或液压伺服设备的控制。背靠背变换器通过相量控制对双馈风力发电机进行交流励磁实现电机与电网之间流动有功和无功功率的解耦控制，以及保证直流母线电压的稳定，在保证变换器自身功率安全的前提下调节风力发电机的输出功率跟踪在第二层控制中得到的功率参考值。桨距角控制器在伺服跟踪来自上层的桨距角控制指令参考值的同时，保证了桨距角角度和变化速度不超过安全值。