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专利号: 2021107630454
申请人: 重庆大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-03-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)对处于双馈感应发电过程中的风电机组进行频率调节;

2)将风电机组并入主网;在风电机组与主网频率耦合时,对风电机组进行P‑f下垂控制,实现风电机组功率输出和频率的耦合;

3)分析风电机组的尾流效应。

4)对风电机组进行K‑均值集群,为每个集群配置一个储能装置;

5)分析储能系统对风电机组的影响;

6)建立储能系统容量分配模型。

7)对所述储能系统容量分配模型进行解算,得到储能系统容量分配方式。

2.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,对处于双馈感应发电过程中的风电机组进行频率调节的方法为:判断双馈感应发电过程中风电机组的频率是否下降,若是,则注入附加功率,以补偿负载增加,直至风电机组转子转速恢复到最大功率点跟踪模式。

3.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,对处于双馈感应发电过程中的风电机组进行转子转速控制的步骤包括:

1)计算风电机组由风力产生的理论最大机械转矩Tm,即:式中,ρ表示空气密度;A是叶片扫掠面积;Vω是风速;β是俯仰角;λ是叶尖速度比;ωr是转子转速;

其中,空气动力系数Cp如下所示:3

式中,参数1/λi=(1/(λ‑0.02β))‑(0.003/(β+1));

2)计算风电机组的机械扭矩ΔT,即:式中,Te是电磁转矩;H是惯性常数;

3)建立机械能、电磁能与转子转速的关系式,即:式中,Pm是风能转化的机械能;Pe是电磁能;J是惯性矩;

4)降低转子转速ωr,从而向风电机组注入附加功率PWF,即:其中,t时刻转子转速ωr满足下式:式中,ωr(0)为风电机组的初始转子速度。

4.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,对风电机组进行P‑f下垂控制的步骤包括:

1)确定P‑f下垂控制输出ωsf,即:ωsf‑ω0=Kp(Pref‑Pe)                            (8)式中,ω0是参考转子转速;Kp是P‑f下垂系数;

参考有功功率Pref如下式所示:式中,KDL表示卸载曲线;fDL(ωr)表示以ωr为变量的函数;

2)建立风电机组转子的摆动方程,即:式中,Ta表示机械时间常数;PM表示机械功率;D表示机组叶片直径;PE为电功率;

风电机组转子的摆动方程简化如下:

3)建立风电机组的功率角动力学方程,即:式中,δ为转子角;ωg为等效电网角频率;f0为参考频率;

4)计算风电机组的机械功率,即:式中,KW为风电机组在MPPT运行时所产生的最佳能量转换系数;

5)将公式(8)‑公式(9)、公式(13)代入公式(11)‑公式(12),建立同步特性方程,即:式中,参数δ′=δ/(2πf0)。

5.根据权利要求4所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,对风电机组进行P‑f下垂控制后,判断风电机组的频率支持裕度FSM是否大于预设阈值,若否,则重新进行P‑f下垂控制;

频率支持裕度FSM用于表征风电机组保持频率支持同步运行的能力;

频率支持裕度FSM如下所示:

式中 ,参数 参数 参数 参 数

6.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,分析风电机组尾流效应的步骤包括:计算第i个风电机组的接收风速vi,即:vi=v0(1‑δvi)                      (17)式中,v0是自由风速;

其中,第i个风电机组的总速度差δvi如下所示:式中,N为位于第i个风电机组上游的风电机组个数;xj

其中,第i个风电机组和第j个风电机组的总速度差δVij如下所示:式中,Dj为第j个风电机组的叶片直径; 为涡轮的推力系数,用于表征TSR和节距角之间的非线性关系;xi‑xj是上游风管j与下游风电机组i之间沿风向的距离;k是粗糙系数;

其中,风电机组的跨距尾流阴影锥j与风电机组的扫掠面积i之间的重叠面积 如下所示:

式中,dij表示下游风电机组中心和尾流效应中心之间的距离;Lij是尾流效应中心和阴影区域之间的距离;Di为第i个风电机组的叶片直径。

7.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,分析储能系统度风电机组的影响,步骤包括:

1)重建分配储能装置后风电机组转子速度的动力学方程,即:式中,PESS为储能装置的能量;

2)计算配置有储能装置的风电机组的频率支持裕度FSM',即:式中 ,参数 参 数 参 数 参 数

8.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,对风电机组进行K‑均值集群的步骤包括:

1)利用公式(18)、(19)和(20)分别计算风向为0°、30°、60°和90°时的接收风速;每个风

80×4

电机组在四个角度的风速集V ={V1,V2,...V80};

2)确定集群的数量k,即:

式中, 为每风电机组的额定功率,μ∈(0.1,0.3)为储能系数;CESS为每个储能装置的额定容量;

3)建立目标函数min E,即:式中,Cl表示第l个集群;

在第j个风向的集群i的质心μl如下所示:

4)利用启发式迭代方法确定风电机组集群集合C={C1,C2,...,Ck};ck表示第k个风电机组集群。

9.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,储能系统容量配置模型的目标函数ICoherency如下所示:式中,t1和t2分别为频率支持的开始时间和结束时间;

储能系统容量配置模型的约束条件如下所示:FSM'i(t)>0,t∈(t1,t2),i=1,2,...,n                           (28)ωmin≤ωr,i≤ωmax,i=1,2,...,n                          (29)PESS,min≤PESS,i≤PESS,max                             (33)ωdrop≤min{ωcritical_i}i=1,…,n                            (34)式中,为每单位储能装置的平均安装投资; 为总预算; 和SOCmin分别为第i个储能装置在t时间和最低SOC水平下的荷电状态(SOC);ωmin和ωmax分别为转子转速的下限和上限;Λ(Δf)是导致频率偏差Δf的负载变化;Λ(Δfcritical)是导致频率偏差Δfcritical的负载变化;ωdrop是降低的转子转速;ωcritical_i是第i个风电机组的临界降低转子转速;

PESS,max、PESS,min分别为第i个储能装置能量PESS,i的上下限; 分别为在t时间和参考有功功率和最低参考有功功率。

10.根据权利要求1所述的考虑尾流效应的双馈感应发电机风电场储能系统的频率支持优化配置方法,其特征在于,储能系统容量配置模型的目标函数如下所示:储能系统容量配置模型的约束条件如下所示:FSMi(t)>0,t∈(t1,t2),i=1,2,...,n                     (38)ωmin≤ωr,i≤ωmax,i=1,2,...,n                        (39)PESS,min≤PESS,l≤PESS,max                            (44)ωdrop≤min{ωcritical_i}i=1,…,n                          (45)式中,FSMΣm是第m个集群所有风电机组总的频率支持裕度; 是为第i个风电机组分配的储能装置能量;|Cm|是集群Cm中风电机组的数量。