一种考虑转子惯性动能的风电场旋转备用容量优化方法

摘要

本发明公开了一种考虑转子惯性动能的风电场旋转备用容量优化方法，将转子惯性功能纳入旋转备用容量，建立备用优化运行模式和调度优化运行模式；风电场控制中心根据调度主站下发的调度指令选择运行模式，计算并获取优化结果，最后向各风电机群下发优化结果，由各风电机群内的风电机组执行。本发明将转子惯性动能纳入旋转备用容量范畴内，能够最大限度地挖掘转子惯性动能的频率调节或紧急备用的潜能；可在风电场常见运行场景下，执行备用优化运行模式时，实现风电场弃风量最小化，给风电场商带来可观的经济效益；执行调度优化运行模式，实现风电场旋转备用容量最大化，尤其当电网旋转备用容量紧缺时，这将对电网稳定运行有着非常积极的作用。

主权项

一种考虑转子惯性动能的风电场旋转备用容量优化方法，其特征在于，将转子惯性动能纳入旋转备用容量，建立备用优化运行模式和调度优化运行模式；风电场控制中心根据调度主站下发的调度指令选择运行模式，计算并获取优化结果，最后向各风电机群下发优化结果，由各风电机群内的风电机组执行；所述备用优化运行模式的数学模型如下：A.目标函数：$\begin{array}{c}\min (P_{WF\_mppt}--P_{WF})\\ \left\{\begin{array}{c}{P}_{WF\_mppt}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{P}_{mppt}\left(i\right)N_i\\ P_{WF}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left[\frac{1}{2}{\mathrm{\rho \pi R}}^{2}Cp({\beta }_i,\lambda ){V_w}^3\left(i\right)N_i\right]=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left[\frac{1}{2}{\mathrm{\rho \pi R}}^{2}Cp({\beta }_i,\frac{2{\mathrm{\pi fR\omega }}_{del}\left(i\right)}{{\mathrm{CpV}}_w\left(i\right)}){V_w}^3\left(i\right)N_i\right]\end{array}\right.---\left(1\right)\end{array}$式(1)中：P_{WF_mppt}为风电场在当前风速条件下最大可输出有功功率；P_mppt(i)为各风电机群内各风电机组的最优功率；P_WF为优化后风电场实际可输出有功功率；ρ为空气密度；R为风轮半径；V_w(i)为各风电机群的实际风速；Cp(β_i,λ)为风力机特性表达式；β_i为各风电机群内风电机组的桨距角，作为优化变量；为各风电机群内风电机组的叶尖速比；ω_del(i)为风电场各风电机群内风电机组的转子转速，也作为优化变量；G为风电机组齿轮箱变比；p为风电机组的发电机极对数；M为风电场按照风速大小划分的机群个数；N_i为每个机群所含风电机组数量；B.约束条件：$\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left\{\left(P_{mppt}\right(i)-\frac{1}{2}{\mathrm{\rho \pi R}}^{2}Cp({\beta }_{del}\left(i\right),\frac{2{\mathrm{\pi fR\omega }}_{del}\left(i\right)}{{\mathrm{GpV}}_w\left(i\right)}\left){V_w}^3\right(i)+\frac{H[{\omega }_{del}^2\left(i\right)-{\omega }_{opt}^2\left(i\right)]}{T_{response}})N_i\right\}={\mathrm{\Delta P}}_{WF}^{*}(1+S_f)---\left(2\right)$ω_rmin≤ω_del(i)≤ω_rmax，i＝1,2,…M    (3)β_min≤β_del(i)≤β_max，i＝1,2,…M   (4)其中：为调度主站下发的旋转备用容量指令；ω_opt(i)为各风电机群内风电机组的最优转速；T_response为一次频率响应时间；H为风电机组的惯性时间常数；β_del(i)为各风电机群内风电机组的桨距角；ω_rmin、ω_rmax分别为双馈风电机组最小、最大可允许转速；β_min～β_max为桨距角变化范围；S_f为风电场旋转备用容量的可靠裕度，取值为0％～20％；所述调度优化运行模式数学模型如下：A.目标函数：max{ΔP_{WF_margin}}   (5)其中，ΔP_{WF_margin}为风电场提供的总旋转备用容量，详细表达为：${\mathrm{\Delta P}}_{WF\_m\arg in}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left\{\left(P_{mppt}\right(i)-\frac{1}{2}{\mathrm{\rho \pi R}}^{2}Cp({\beta }_{del}\left(i\right),\frac{2{\mathrm{\pi fR\omega }}_{del}\left(i\right)}{{\mathrm{GpV}}_w\left(i\right)}\left){V_w}^3\right(i)+\frac{H[{\omega }_{del}^2\left(i\right)-{\omega }_{opt}^2\left(i\right)]}{T_{response}})N_i\right\}---\left(6\right)$B.约束条件$\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left(\frac{1}{2}{\mathrm{\rho \pi R}}^{2}CP\right({\beta }_{del}\left(i\right),\frac{2{\mathrm{\pi fR\omega }}_{del}\left(i\right)}{{\mathrm{GpV}}_w\left(i\right)}\left){V_w}^3\right(i\left)N_i\right)=(1-{\mathrm{del}}_0\%)\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left(P_{mppt}\right(i\left)N_i\right)---\left(7\right)$ω_rmin≤ω_del(i)≤ω_rmax,i＝1,2,…M   (8)β_min≤β_del(i)≤β_max，i＝1,2,…M   (9)其中式(7)表达的含义为：在调度优化运行模式下，按照下发的减载率指令del₀％运行；式(8)、(9)分别为转速限制与桨距角变化范围。