技术领域
[0001] 本
发明涉及新
能源设备能力检测，具体涉及一种风电机组调频能力检测方法。
背景技术
[0002] 快速发展的风电的
电网渗透率越来越高，风电机组多通过快速控制的电力
电子变流装置并网，实现了机械功率与系统电磁功率的解耦，转速和电网
频率的解耦，变速风电机组失去了对系统频率的快速有效响应，即风电不具备主动电网调频能力，大规模
风力发电并网运行加大了电力系统功率实时平衡的难度，减小了电力系统的相对惯量，降低了电力系统频率
稳定性，由此导致电力系统频率和
电压稳定问题的出现，电网安全运行风险加大。
[0003] 一些国家风电并网导则对风电的调频能力逐步做出了明确规定，部分国家或地区提出了对风电有功-频率控制的要求。例如德国E.ON Netz公司并网导则要求装机容量大于100MW的风
电场必须具备参与调频的能力。该导则指出风电场具备参与调频的功率容量应不小于其装机容量的2％；在系统
频率偏差大于0.2Hz的情况下，风电场需要在15s时间内启用全部的调频容量并持续至少15min。又如加拿大魁北克
水电公司要求装机容量大于10MW的风电场在系统发生频率偏差大于0.5Hz且持续时间小于10s的快速频率变化情况下，提供额定容量5％以上的调频功率持续10s以上，并产生比惯性时间常数为6s的常规
发电机组更好的控制效果。此外，英国、丹麦、芬兰、挪威、瑞典也相继提出了对风电机组调频的要求。
[0004] 2011年12月，我国发布GB/T19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》，该规定明确指出：风电场应符合DL/T1040标准，具备参与电力系统调频、调峰和备用的能力；当风电场有功功率在其总额定出力的20％以上时，对于场内有功出力超过额定功率的20％的所有风电机组，应能够实现有功功率的连续平滑调节，并参与系统有功功率控制。
[0005] 因此为了满足风机调频要求，需要提供一种风电机组调频能力检测的技术方案，以实现风机调频能力的可测可证，满足当前乃至将来的大电网运行安全的需求。
发明内容
[0006] 本发明提供一种风电机组调频能力检测方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1：在电网和风电机组箱变高压侧之间安装检测装置；
[0008] 步骤2：以箱变高压侧为检测点，通过调整检测装置的调整参数，在检测点产生要求的频率
波动，
[0009] 步骤3：对风电机组进行空载检测，检测其频率变化是否满足误差要求；
[0010] 步骤4：风电机组的频率变化满足误差要求时，对风电机组进行负载检测；
[0011] 步骤5：通过检测参数判断风电机组的调频能力。
[0012] 步骤1所述检测装置包括依次连接的降压
变压器、整流装置、逆变器和
升压变压器。
[0013] 所述检测装置工作过程为：
[0014] 整流装置将经
降压变压器输出的电网
电流整流为直流后，经过逆变器输出所需要的电压
波形，最后由升压变压器输出至风电机组箱变高压侧；通过调节检测装置逆变侧的调制波指令，得到风电机组调频能力检测所需的电压波形。
[0015] 所述步骤3包括：风电机组空载运行时，在额定电压条件下，对所述检测装置分别进行频率跌落检测、频率上升检测和频率连续变化检测，检测其变化误差是否满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s。
[0016] 所述步骤4，风电机组的频率变化满足误差为±0.01HZ，变化时间不大于1s，且风电机组的平均有功功率输出P在以下范围时进行负载测试：
[0017] 大功率输出，0.7Pn≤P≤0.9Pn；
[0018] 小功率输出，0.3Pn≤P≤0.4Pn；
[0019] 其中，Pn为风电机组的额定功率。
[0020] 所述步骤4风电机组负载检测，包括：
[0021] 在额定电压条件下，对所述检测装置分别进行频率跌落检测、频率上升检测和频率连续变化检测。
[0022] 频率跌落检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率跌落到fmin，fmin为任意小于额定频率的值，持续时间一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s；
[0023] 频率上升检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率上升到fmax，fmax为任意大于额定频率的值，持续时间一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s；
[0024] 频率连续变化检测：在额定电压条件下，调整检测装置从额定频率跌落到fmin，fmin为任意小于额定频率的值，持续一段时间后，将频率调整到fmax，fmax为任意大于额定频率的值，持续一段时间后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s。
[0025] 步骤5所述的检测参数包括：有功调频系数Kf、调频启动时间ts、调频响应时间tup、调频调节时间tr和有功输出稳态均值。
[0026] 所述有功调频系数Kf是系统频率波动时风电机组有功功率变化量标幺值与系统频率变化量标幺值的比值，通过下式(1)计算：
[0027]
[0028] 其中，ΔP：风电机组输出有功功率的变化量，单位为kW；Pn：风电机组的额定功率，单位为kW；Δf：系统频率的变化量，单位为Hz；fn：系统额定频率，单位为Hz；当频率跌落时，ΔP为正，当频率上升时，ΔP为负。
[0029] 与最接近的
现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0030] 本发明通过量化频率与有功功率之间的关系，用易于测量的有功功率来表征系统频率，实现了对风电机组调频能力的检测与考察，并提出了频率跌落、上升以及连续变化的完整检测方案，为风电机组调频能力验证奠定
基础。
附图说明
[0031] 图1为本发明提供的检测装置的示意图；
[0032] 图2为调频检测期间风电机组的检测参数；
[0033] 图3为调频检测期间的频率跌落波形及容许误差；
[0034] 图4为调频检测期间的频率升高波形及容许误差；
[0035] 图5为调频检测期间的频率连续变化波形及容许误差；
[0036] 图6为风电机组工频以下的调频曲线；
[0037] 图7为系统频率与机组输出的有功功率；
[0038] 图8为风速与机组输出的有功功率；
[0039] 图9为发电机转速与机组输出的有功功率；
[0040] 图10为桨距
角与机组输出的有功功率。
[0041] 附图标记：P0：有功功率初始值；P1：有功功率目标值；t0：频率阶跃起始时间；
[0042] ts：调频启动时间，即从频率
信号加入开始到有功变化至0.1(P1-P0)(p.u.)所需时间；tup：有功响应时间；tr：有功调节时间，fmin：频率跌落值；fmax：频率上升值。
具体实施方式
[0043] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：
[0044] 本发明提供一种风电机组调频能力检测方法，采用图1所示的检测装置产生频率波动，为
风力发电机组的调频能力检测提供检测条件。
[0045] 该检测装置主要由变流器型发生装置构成，其基本原理：电网35kV经降压变压器，通过整流装置整流为直流，再经逆变器输出所需要的电压波形，最后由升压变压器连接至风电机组箱变高压侧。通过
修改交－直－交双向变流器逆变侧的调制波指令，35kV检测
母线就可以得到风电机组调频能力检测所需的电压波形。同时，装置经交－直－交变流技术完全与电网接入点隔离，避免了装置产生的电压扰动对电网的影响。
[0046] 利用图1检测装置在检测点产生要求的频率波动，检测风电机组在系统频率波动时对电网自主调频的能力。检测参数包括：有功调频系数Kf、调频启动时ts、调频响应时间tup、调频调节时间tr、有功输出稳态均值，参数示意图详见附图2。
[0047] 有功调频系数Kf
[0048] 在系统频率波动时，风电机组有功功率变化量标么值(以风电机组额定功率为基准值)与系统频率变化量标么值(以系统额定频率为基准值)的比值。计算方法如公式(1)所示。
[0049]
[0050] 式中：
[0051] ΔP——风电机组输出有功功率的变化量，单位：kW；
[0052] Pn——风电机组的额定功率，单位：kW；
[0053] Δf——系统频率的变化量，单位：Hz；
[0054] fn——系统额定频率，单位：Hz。
[0055] 为说明空载检测时检测点的机端频率及对应的机组带载检测时应完成的有功调节情况，根据电网要求的风电机组调频曲线，选取多组“频率-有功功率变化量ΔP”数据对，并定义当频率跌落时，有功功率变化量为正，当频率上升时，有功功率变化量为负，列写在表1中。当风电机组有功功率输出分别在以下范围内时，检测风电机组对频率波动时的响应特性：
[0056] a)大功率输出，0.7Pn≤P≤0.9Pn；
[0057] b)小功率输出，0.3Pn≤P≤0.4Pn。
[0058] 表1：有功调频检测点
[0059]
[0060] 空载检测
[0061] 风力发电机组处于停机状态，在额定电压条件下通过检测装置调节风电机组机端频率。检测时采用以下步骤：
[0062] 1)频率跌落检测。在额定电压条件下，按照图3所示调整检测装置在t1时刻从额定频率50Hz跌落到fmin，持续时间t1～t3后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s。其中频率变化应满足图3所示的容许误差的要求，频率跌落值fmin依据表1中频率检测点设置，记录每次调整时频率实测值与对应的误差值。
[0063] 2)频率上升检测。在额定电压条件下，按照图4所示调整检测装置在t1时刻从额定频率50Hz上升到fmax，持续时间t1～t3后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s。此处的“调整参数”是什么？前面提到了“频率-有功功率调节量ΔP数据对”，请问此处的调整参数是否就是有功功率调节量ΔP？其中频率变化应满足图4所示的容许误差的要求，频率跌落值fmax依据表1中频率检测点设置，记录每次调整时频率实测值与对应的误差值。
[0064] 3)频率连续变化检测。在额定电压条件下，按照图5所示调整检测装置在t1时刻从额定频率50Hz跌落到fmin，持续时间t1～t3后，将频率调整回到fmax，持续时间t3～t5后，将频率调整回到额定频率，再持续检测30s。其中频率变化应满足图5所示的容许误差的要求，fmin、fmax分别依据表1中频率跌落最小值、上升最大值设置，记录频率实测值与对应的误差值。
[0065] 负载检测
[0066] 检测时每种工况的频率设定值对应的调整参数应与空载时保持一致。检测过程中风力发电机组的平均有功功率输出应在额定功率的30％以上。检测时采用以下步骤：
[0067] 1)频率跌落检测。在额定电压条件下，按照图3所示调整检测装置的检测点频率，检测过程与空载检测一致。
[0068] 2)频率上升检测。在额定电压条件下，按照图4所示调整检测装置的检测点频率，检测过程与空载检测一致。
[0069] 3)频率连续变化检测。在额定电压条件下，按照图5所示调整检测装置的检测点频率，检测过程与空载检测一致。
[0071] 将风电机组调频检测系统
串联接入风电机组箱变与接入电网之间，检测接线如附图1所示。设置调频死区为0.2Hz，Kf为20，风电机组在工频以下的调频曲线如图6所示。给定机端频率fmin＝49.5Hz，根据公式(1)计算风电机组应完成的有功调节量ΔP为0.12p.u.，通过调频检测系统在风电机组箱变高压侧产生频率跌落，考察双馈风电机组调频能力。检测结果如下：
[0072] (1)附图7为系统频率变化与机组有功输出情况，可以看出系统频率在5s时由50Hz跌落至49.5Hz，风电机组有功功率迅速增加，计算其有功输出稳态均值为1.12p.u.，调频启动时间ts为0.3s，响应时间tup为0.8s，调节时间tr为2s，计算有功调频系数Kf为20。
[0073] (2)附图8为实际风速的变化情况，风速高于机组的额定风速，可以排除风功率不足问题。
[0074] (3)附图9为风力发电机组发电机
转子转速变化情况，可以看出在系统频率跌落时，发电机释放转子
动能，
支撑系统频率。
[0075] (4)附图10为风力发电机组桨距角变化情况，可以看出在系统频率跌落时，桨距角减小以增加风功率，进而增加有功输出。
[0076] 最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本
申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的
权利要求保护范围之内。
