频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置

摘要

本发明涉及新能源接入与控制技术领域，具体提供了频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置，旨在解决风电场可增发功率计算不准确的技术问题。在风电场可增发功率计算过程中根据风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、频率支撑控制方式对应的支撑时间以及频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率，进而计算风电场的可增发功率；该方案在考虑频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率的基础上，从惯量响应及一次调频两个角度对风电场频率支撑过程的可增发功率进行计算，减小风电场的可增发功率的计算误差。

权利要求

1.一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法，其特征在于，包括：基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；

根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率；

根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率；

所述根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率，包括：当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求解所述惯量响应控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率；

当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求解所述一次调频控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功功率；

所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于

20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组*

当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%*

额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，P j为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]；

所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组总数，

△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的风电*

机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，P i_ 为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机*

组一次调频控制结束后的有功功率，P j_ 为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第j个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]；

所述风电场的可增发功率的计算式如下：上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组，包括：

将风电场中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组和限功率运行状态的风电机组筛选为具备可用惯量的风电机组。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述限功率运行状态的风电机组采用增大桨距角方式降低实际运行功率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，所述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转动惯量。

7.一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算装置，其特征在于，包括：筛选模块，用于基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；

第一确定模块，用于根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率；

第二确定模块，用于根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率；

所述第一确定模块，包括：

第一确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求解所述惯量响应控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率；

第二确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求解所述一次调频控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功功率；

所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于

20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组*

当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%*

额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，P j为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]；

所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组总数，

△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的风电*

机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，P i_ 为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机*

组一次调频控制结束后的有功功率，P j_ 为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第j个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]；

所述风电场的可增发功率的计算式如下：上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述筛选模块具体用于：将风电场中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组和限功率运行状态的风电机组筛选为具备可用惯量的风电机组。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述限功率运行状态的风电机组采用增大桨距角方式降低实际运行功率。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，所述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转动惯量。

13.一种存储装置，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至6中任一项所述的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法。

14.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至6中任一项所述的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法。

说明书

频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及新能源接入与控制技术领域，具体涉及频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置。

背景技术

[0002] 随着风电在电力系统中的占比越来越高，风电对电网安全稳定运行影响越来越大，风电的网源协调能力也受到了越来越多的重视，世界各国均通过标准对风电的并网性
能进行了规范。在频率支撑方面，电力系统要求风电具备惯量响应及一次调频控制能力。惯
量响应控制技术主要通过风电机组释放转子动能实现对电网频率跌落的快速响应，同时该
技术也可以在一次调频控制中增加风电有功功率贡献度，为提高频率主动支撑能力发挥重
要作用。

[0003] 由于风电的天然波动性，导致其参与电网频率调节过程与传统电源有较大差别。当前调度部门可获得火电机组的出力裕度，可明确在频率发生扰动情况下，各火电机组参
与调频的动态过程。然而由于对风电的调频能力缺乏了解，尤其很多风电机组具备惯量响
应控制，无法获知风电惯量对电力系统的支撑能力，这有碍于风电消纳。

[0004] 风电场的调频能力一方面取决于风电机组限功率工况下的备用能量，另一方面取决于风电机组可用惯量。但目前风电机组的向上频率支撑能力计算要比通过降载限制出力
的向下调频能力计算复杂，而且风电场可用惯量不等同于风电机组的可用惯量的倍乘。

[0005] 可增发功率的大小能够反映风电场对频率的主动支撑能力，但是，在频率下扰工况下，风电场在不同运行状态或不同控制策略下的可增发功率有所不同，因此，在频率下扰
工况下，风电场的可增发功率的计算结果的准确性尤为重要。

[0006] 现有技术中，已公开专利“CN 110826927 A 一种风电场可用惯量评估方法”所公开的评估方法包括：基于风电场平均风速的时空分布特性及混合Copula函数，构建瞬时风
速条件概率分布模型，通过建立可用惯性动能和惯性功率增量的估算模型，得到基于一定
置信度下全风场的可用惯量区间评估曲线。已公开专利“CN 106528912 A 一种风电场调频
容量评估方法”所公开的评估方法通过评估各种控制策略在相应风速条件下的最大调频容
量，在风速分布概率的基础上采用加权求和的方式得到风电场最大调频容量评估结果。而
上述公开专利主要针对风电场可用惯量或调频容量提出了评估方法，没有考虑风电机组因
限功率运行而存储的备用能量，或没有区分备用能量及可用惯量所提供的电网调频能力。
由于风电场需根据电网频率变化率及幅值，对应采用惯量响应控制与一次调频控制模式，
两种控制模式的能量源有一定区别，对频率调节效果也有很大不同。另外，当前风电场可增
发功率计算研究中未考虑利用可用惯量后会导致风能捕获率变化，这将造成可增发功率的
计算结果偏大。

发明内容

[0007] 为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决风电场可增发功率计算不准确的技术问题的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法及装置。

[0008] 第一方面，提供一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法，所述频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法包括：

[0009] 基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；

[0010] 根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组
的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率；

[0011] 根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率。

[0012] 优选的，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

[0013] 进一步的，所述基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组，包括：

[0014] 将风电场中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组和限功率运行状态的风电机组筛选为具备可用惯量的风电机组。

[0015] 进一步的，所述根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束
后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率，
包括：

[0016] 当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制结束后各风电机组
的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求解所述惯量响应控
制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率；

[0017] 当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制结束后各风电机组
的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求解所述一次调频控
制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功功率。

[0018] 进一步的，所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0019]

[0020] 上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状
态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不
低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风
电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量
的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电
*
机组当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，Pj为具备可用
*
惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j为具备
可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后
的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]。

[0021] 进一步的，所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0022]

[0023] 上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机
组总数，

[0024] △Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，
*
P i_为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风
电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
*
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j_为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频
控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增
发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k
为备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机
组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0025] 进一步的，所述限功率运行状态的风电机组采用增大桨距角方式降低实际运行功率。

[0026] 进一步的，所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，所述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

[0027] 进一步的，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0028]

[0029] 具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0030]

[0031] 上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额
定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可
用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始
发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组
中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转
速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组
中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运
行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯
量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转
动惯量。

[0032] 优选的，所述风电场的可增发功率的计算式如下：

[0033]

[0034] 上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频
率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在
惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS
为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增
发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第
i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上
且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0035] 第二方面，提供一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算装置，所述频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算装置包括：

[0036] 筛选模块，用于基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；

[0037] 第一确定模块，用于根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式
结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功
功率；

[0038] 第二确定模块，用于根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率。

[0039] 优选的，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

[0040] 进一步的，所述筛选模块具体用于：

[0041] 将风电场中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组和限功率运行状态的风电机组筛选为具备可用惯量的风电机组。

[0042] 进一步的，所述第一确定模块，包括：

[0043] 第一确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制
结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求
解所述惯量响应控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功
功率；

[0044] 第二确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制
结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求
解所述一次调频控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功
功率。

[0045] 进一步的，所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0046]

[0047] 上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状
态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不
低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风
电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量
的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电
*
机组当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，Pj为具备可用
*
惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j为具备
可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后
的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]。

[0048] 进一步的，所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0049]

[0050] 上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机
组总数，

[0051] △Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，
*
P i_为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风
电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
*
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j_为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频
控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增
发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k
为备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机
组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0052] 进一步的，所述限功率运行状态的风电机组采用增大桨距角方式降低实际运行功率。

[0053] 进一步的，所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，所述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

[0054] 进一步的，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0055]

[0056] 具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0057]

[0058] 上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额
定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可
用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始
发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组
中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转
速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组
中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运
行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯
量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转
动惯量。

[0059] 优选的，所述风电场的可增发功率的计算式如下：

[0060]

[0061] 上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频
率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在
惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS
为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增
发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第
i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上
且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0062] 第三方面，提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的频率下扰工况下风电场可
增发功率的在线计算方法。

[0063] 第四方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技
术方案所述的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法。

[0064] 本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

[0065] 本实施例中提供一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法，包括：基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；根据所述具备可用惯量
的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的
支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频
率支撑控制方式控制期间的输出有功功率；根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制
期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率；该方案在考虑频率支撑控制方式结束
后各风电机组的有功功率的基础上，从惯量响应及一次调频两个角度对风电场频率支撑过
程的可增发功率进行计算，减小风电场的可增发功率的计算误差，所得到的结果可服务于
调度决策，同时可有助于风电场主动释放惯量并参与频率调节。

附图说明

[0066] 图1是根据本发明的一个实施例的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法的主要步骤流程示意图；

[0067] 图2是根据本发明的一个实施例的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算装置的主要结构框图。

具体实施方式

[0068] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

[0069] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0070] 风电场调频能力主要由风电机组实现，在频率变化率较大时，为迅速满足频率变化率响应要求，风电机组需进行惯量响应控制，直接通过可用惯量释放实现频率支撑；在频
率变化率未超过设置范围，而频率幅值越限后，风电场进行一次调频控制，为在较长时间提
供有功支撑，风电机组需先释放备用能量，再根据有功功率指令确定是否释放可用惯量。因
此，有必要分别从惯量响应控制及一次调频控制两个角度进行可增发功率的计算。

[0071] 本发明提供一种频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法，在考虑通过桨距角进行能量备用的基础上，从惯量响应及一次调频两个角度对风电场频率支撑过程的
可增发功率进行计算。

[0072] 参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的频率下扰工况下风
电场可增发功率的在线计算方法主要包括以下步骤：

[0073] 步骤S101基于风电场内风电机组的运行状态筛选具备可用惯量的风电机组；

[0074] 步骤S102根据所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑时间以及所述频率支撑控制方式结束后各
风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率；

[0075] 步骤S103根据所述风电场在所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率。

[0076] 其中，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

[0077] 具体的，风电机组可增发功率与当前所处的运行状态密切相关，因此，在本实施例中，首先基于所述步骤S101在风电场内筛选具备可用惯量的风电机组，在一个实施方式中，
根据风电机组实时状态，进行风电场内具备可用惯量的风电机组筛选，符合条件的风电机
组运行状态包括：出力不低于20%额定功率（Pn）的正常发电运行状态，采用增大桨距角方式
降低实际运行功率的限功率运行状态。所述两种运行状态为当前主流风电机组与风电场控
制系统进行通讯的必备信息。

[0078] 在本实施例中，为了准确计算风电场的可增发功率，在考虑频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率的基础上，从惯量响应及一次调频两个角度对风电场频率支撑
过程的可增发功率进行计算，因此，基于所述步骤S102计算风电场在不同频率支撑控制方
式控制期间的输出有功功率，进一步的，基于所述步骤S103计算风电场的可增发功率；

[0079] 在一个实施方式中，所述步骤S102具体包括：

[0080] 当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制结束后各风电机组
的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求解所述惯量响应控
制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率；

[0081] 当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制结束后各风电机组
的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求解所述一次调频控
制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功功率。

[0082] 其中，所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0083]

[0084] 上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状
态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不
低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风
电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量
的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电
*
机组当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，Pj为具备可用
*
惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j为具备
可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后
的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]。

[0085] 所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0086]

[0087] 上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机
组总数，

[0088] △Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，
*
P i_为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风
电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
*
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j_为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频
控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增
发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k
为备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机
组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0089] 在一个实施方式中，惯量响应持续时间较短，系统频率故障可能在10s左右达到最低点，因此，本发明中所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，风电机
组一次调频支撑能力持续时间不应小于10s，以10s作为一次调频控制的最低限值，因此，所
述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

[0090] 在一个实施方式中，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0091]

[0092] 具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0093]

[0094] 上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额
定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可
用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始
发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组
中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转
速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组
中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运
行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯
量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转
动惯量。

[0095] 进一步的，本实施例中所述步骤S103中，所述风电场的可增发功率的计算式如下：

[0096]

[0097] 上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频
率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在
惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS
为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增
发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第
i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上
且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0098] 需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这
样的顺序执行，其可以同时（并行）执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范
围之内。

[0099] 参阅附图2，图2是根据本发明的一个实施例的频率下扰工况下风电场可增发功率的在线计算装置的主要结构框图。如图2所示，本发明实施例中的频率下扰工况下风电场可
增发功率的在线计算装置主要包括筛选模块、第一确定模块和第二确定模块。在一些实施
例中，筛选模块、第一确定模块和第二确定模块中的一个或多个可以合并在一起成为一个
模块。在一些实施例中，筛选模块可以被配置成用于基于风电场内风电机组的运行状态筛
选具备可用惯量的风电机组。第一确定模块可以被配置成用于根据所述具备可用惯量的风
电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式、所述频率支撑控制方式对应的支撑
时间以及所述频率支撑控制方式结束后各风电机组的有功功率确定风电场在所述频率支
撑控制方式控制期间的输出有功功率。第二确定模块可以被配置成用于根据所述风电场在
所述频率支撑控制方式控制期间的输出有功功率确定所述风电场的可增发功率。

[0100] 优选的，所述频率支撑控制方式为惯量响应控制或一次调频控制。

[0101] 进一步的，所述筛选模块具体用于：

[0102] 将风电场中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组和限功率运行状态的风电机组筛选为具备可用惯量的风电机组。

[0103] 进一步的，所述第一确定模块，包括：

[0104] 第一确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，将惯量响应控制对应的支撑时间以及惯量响应控制
结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式，并求
解所述惯量响应控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在惯量响应控制期间的输出有功
功率；

[0105] 第二确定单元，用于当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，将一次调频控制对应的支撑时间以及一次调频控制
结束后各风电机组的有功功率代入预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式，并求
解所述一次调频控制对应的能量守恒关系式，得到风电场在一次调频控制期间的输出有功
功率。

[0106] 进一步的，所述预先建立的惯量响应控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0107]

[0108] 上式中，PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的输出有功功率，TI‑S为惯量响应控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中限功率运行状
态的风电机组总数，△Ei_kic为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不
低于20%额定功率的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej_kic为具备可用惯量的风
电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量
的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于20%额定功率的风电机组中第i个风电
*
机组当前有功功率，P i为具备可用惯量的风电机组中正常发电运行状态且发电功率不低于
20%额定功率的风电机组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的有功功率，Pj为具备可用
*
惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j为具备
可用惯量的风电机组中限功率运行状态的风电机组中第j个风电机组惯量响应控制结束后
的有功功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]。

[0109] 进一步的，所述预先建立的一次调频控制对应的能量守恒关系式的计算式如下：

[0110]

[0111] 上式中，PIS为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，TIS为一次调频控制对应的支撑时间，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机
组总数，

[0112] △Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，Pi为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组当前有功功率，
*
P i_为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风
电机组一次调频控制结束后的有功功率，Pj为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速
*
以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组当前有功功率，P j_为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组一次调频
控制结束后的有功功率，Pwt为额定功率，△Pj_B为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组桨距角所存储功率，n3为具备可用惯量的
风电机组中运行在额定风速以上、在切出风速以下的风电机组且桨距角存储功率大于需增
发功率的风电机组总数，Pwt_max为设定的风电机组最大运行输出功率，n4为具备可用惯量的
风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机组总数，△Plim it_k
为备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间且限功率运行状态的风电机
组中第k个风电机组桨距角存储的备用功率，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0113] 进一步的，所述限功率运行状态的风电机组采用增大桨距角方式降低实际运行功率。

[0114] 进一步的，所述惯量响应控制对应的支撑时间的最大值或推荐值为10s，所述一次调频控制对应的支撑时间不小于10s。

[0115] 进一步的，所述具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0116]

[0117] 具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能的计算式如下：

[0118]

[0119] 上式中，△Ei‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组所释放的动能，△Ej‑kic为具备可用惯量的风电机组中运行在额
定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组所释放的动能，ω1_i为具备可
用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的初始
发电机转速，ω2_i为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机
组中第i个风电机组惯量响应控制结束后的发电机转速，ω1_j为具备可用惯量的风电机组
中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的初始发电机转
速，ω2_j为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组
中第j个风电机组一次调频控制结束后的发电机转速，Ji为具备可用惯量的风电机组中运
行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第i个风电机组的转动惯量，Jj为具备可用惯
量的风电机组中运行在额定风速以上且在切出风速以下的风电机组中第j个风电机组的转
动惯量。

[0120] 优选的，所述风电场的可增发功率的计算式如下：

[0121]

[0122] 上式中，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频率调节时采用的频率支撑控制方式为惯量响应控制时，△P=△PI‑S，P=PI‑S，当所述具备可用惯量的风电机组参与系统频
率调节时采用的频率支撑控制方式为一次调频控制时，△P=△PIS，P= PIS，PI‑S为风电场在
惯量响应控制期间的输出有功功率，△PI‑S为风电场在惯量响应控制期间的可增发功率，PIS
为风电场在一次调频控制期间的输出有功功率，△PIS为风电场在一次调频控制期间的可增
发功率，Pi为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风速与额定风速之间的风电机组中第
i个风电机组当前有功功率，Pwt为额定功率，n1为具备可用惯量的风电机组中运行在切入风
速与额定风速之间的风电机组总数，n2为具备可用惯量的风电机组中运行在额定风速以上
且在切出风速以下的风电机组总数，i∈[1, n1]，j∈[1, n2]，k∈[1, n4]。

[0123] 本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计
算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步
骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、
对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所
述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只
读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所
述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的
增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和
电信信号。

[0124] 进一步，本发明还提供了一种存储装置。在根据本发明的一个存储装置实施例中，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的频率下扰工况下风电场可增发功率的
在线计算方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述频率下扰工况下风电场
可增发功率的在线计算方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技
术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该存储装置可以是包括各种电子设备形
成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中存储是非暂时性的计算机可读存储介质。

[0125] 进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的频率
下扰工况下风电场可增发功率的在线计算方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储
装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的频率下扰工况下风电场可增发
功率的在线计算方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技
术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形
成的控制装置设备。

[0126] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产
品的形式。

[0127] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流
程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0128] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。

[0129] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0130] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。