一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組虛擬慣性控制方法技術

本發明專利技術公開了一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組綜合虛擬慣性控制方法，解決了風電機組虛擬慣性控制與電力系統二次調頻相配合的問題，在原有的虛擬慣性控制模塊的基礎上附加了與電力系統二次調頻相協調的模塊，使整體調頻效果得到了提高。并在附加模塊中考慮了風電機組轉子轉速，使得風電機可以連續運行在安全的轉速范圍內；解決了系統頻率波動對風電機組有功調節能力的影響的問題，由于風電機組的有功調節能力受系統頻率波動影響很大，為了使雙饋風電機組有更好的頻率調節能力，優化了風電機組的穩態頻率響應，并據此設計了控制策略，使得風電機組調頻效果有所調高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于風力發電
，尤其涉及一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組虛擬慣性控制方法。
技術介紹
雙饋風力發電機(DFIG)是目前風力發電的主要機型。DFIG轉子側變流器通過滑環向雙饋異步發電機的轉子輸入可控的變頻電流。網側變換器與三相電網連接，并通過直流環節在雙饋異步發電機的轉子與電網之間實現功率交換。與本文涉及技術有關的主要是轉子側變流器的控制技術。轉子側變流器的具體控制目標如下：①通過控制轉矩/功率，使轉子轉速始終跟隨功率的最有曲線變化，進而實現最大功率的提??；②控制異步發電機與電網之間交換的無功功率(與有功功率解耦控制)。這可用于發電機端的電壓調節。同步發電機的轉子和系統頻率是耦合的，當系統頻率發生變化時，轉子的轉動慣性會阻尼頻率的變化。但是，在傳統控制方式下，由于變流器的特性，使得雙饋風電機組的轉子的轉速與系統頻率完全解耦[1]。當電網發生頻率波動時，雙饋風電機組不能對系統頻率變化做出響應，導致風電機組轉子的轉動慣量被浪費掉了，大規模風電場并網會造成系統整體慣性降低。實際上，在正常運行時，雙饋風電機組所儲存的慣性總量是十分可觀的。通過合適的控制可以充分利用這部分慣性，對系統穩定性進行支持。虛擬慣性控制模塊，即在風電機控制中加入了附加的有功功率控制模塊[2,3]，利用風電機組儲存在旋轉質量中的動能參與系統調頻。ωr為風電機組轉速，經過最大功率跟蹤(MPPT)輸出功率參考值Popt，虛線框為虛擬慣性控制模塊，fmeas為系統頻率的測量值，K1為頻率微分的權重系數，ΔP為虛擬慣性控制模塊輸出的附加功率值。當系統頻率發生變化時，DFIG的電磁功率參考值也會發生響應的改變，而這部分增加的電磁功率正式來自釋放的轉子動能。風電機組的虛擬慣性響應速度很快，可以有效的補償系統傳統同步機組一次頻率響應較慢的缺點，實現系統整體頻率的快速調整?，F在主流的虛擬慣性控制方案，將原有的虛擬慣性控制模塊加以改進，主要體現在以下兩點：一、減載控制原有的MPPT模塊是最大功率跟蹤，系統不存在有功備用，這對于雙饋風電機組參與系統頻率調節是不利的。于是在原有的MPPT模塊上加上一個減載控制環節，是功率跟蹤模塊運行在次優跟蹤曲線上，這樣可以使雙饋風電機組獲得一定的有功備用。二、下降控制其基本原理為模擬同步發電機一次調頻的功率-頻率靜態特征曲線的下降比例關系，將一個正比與頻率偏差的有功功率變化值加入到原有的有功功率參考值上以適時地調節風電機的有功出力，模擬電機下降特性所得的功-頻關系。則改進的虛擬慣性控制方法K％為減載系數，K2為下降控制的權重系數，fref＝50Hz，P′opt為風電機組跟蹤減載運行曲線得到的有功參考值。有如下關系式：P′opt＝Popt(1-K％)Pref_out=Popt′-ΔP1-ΔP2=Popt′-K1dfdt-K2(fmeas-fref)]]>因此，這種慣性控制方法可以使風電機組具有更好的頻率響應能力并能夠根據系統需求適時地調節其有功出力，以有效參與系統的一次調頻。現有技術的缺點1.沒有和電力系統二次調頻相協調由于傳統的虛擬慣性調節僅支持頻率的一次調節，對于電力系統微小的頻率波動能夠提供較好較快的支持。但是當電力系統發生較大擾動時，僅靠系統的一次調頻，只能緩解頻率下降趨勢，但是不能實現頻率的無差調節。若要實現頻率的無差調節，需要進行二次調頻，即通過AGC(自發電控制系統)或者調度中心人工對系統主調頻機發出功率調節指令，以使頻率最終恢復50Hz水平。但是在系統進行二次調頻的過程中，風電機組的頻率控制模塊實際上也在同時動作，若不與系統二次調頻進行協調，會使系統頻率調節效果降低，嚴重時甚至引起系統頻率振蕩。此外，由于二次調頻整體時間較長，若風電機組的虛擬慣性模塊一直參與，使風電機組一直釋放(吸收)轉子的旋轉動能，的轉速，會導致風電機組的轉速下降(上升)到一個不可接受的水平。2.沒有考慮風電機組有功調節能力受頻率波動的影響風電場的有功調節能力受系統頻率波動影響很大。若頻率擾動較小，傳統的虛擬慣性控制能夠較快的響應頻率波動。但單一的控制在較大范圍的頻率波動下，不能取得很好的調節效果，會造成風電場有功出力不足或轉速越限。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有雙饋風電機組虛擬慣性控制方法沒有和電力系統二次調頻相協調，未考慮風電機組有功調節能力受頻率波動影響的不足。提供一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組綜合虛擬慣性控制方法，在現有的虛擬慣性控制模塊的基礎上，加入了二次調頻協調模塊，并提出了一種基于改進穩態頻率響應的綜合控制方法，從而提高了雙饋風力發電機的調頻效果。具體而言，本專利技術采用以下技術方案解決上述技術問題：一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組綜合虛擬慣性控制方法，包括以下步驟：步驟1、判斷電力系統是否有頻率變化，如是，則轉步驟2；步驟2、基于改進的風電場穩態頻率響應，判斷所測系統頻率fmeas所在范圍，并采用對應的綜合慣性控制模式，并判斷是否有電力系統二次調頻信號，若有，則轉步驟3；步驟3、綜合虛擬慣性控制模塊中二次調頻協調控制模塊動作，根據系統主調頻機增發功率情況調節風電機組的出力，并響應風電機組的轉速情況，防止風電機組轉速超出運行范圍導致風電機組退出運行；步驟4、風電機組與系統同步發電機共同作用，使電力系統頻率恢復正常水平。進一步地，風電場的功率特性受電力系統的頻率影響很大，單一的控制模式對大的頻率擾動不能有很好的支持效果。本專利技術對傳統風電場穩態頻率響應進行改進，根據風電機組虛擬慣性調節的特點，提出一種改進的風電場穩態頻率響應控制，從而充分發揮風電場的功率支持潛力。具體而言，步驟2中所述基于改進的風電場穩態頻率響應的綜合慣性控制方法及各模式含義如下：步驟201、對測量的系統頻率fmeas進行分析，基于改進的穩態頻率響應判斷系統頻率所在范圍，其中fB與fC為門檻頻率，fmin與fmax為風電機組允許運行的最小頻率和最大頻率，fN為系統的額定頻率，大小為50Hz。步驟202、根據系統頻率所在范圍確定不同的控制模式，具體如下：當fmin≤fmeas＜fB時，系統出現較大的有功缺額，此時應當釋放所有的有功備用K％＝0，Pref_in＝Popt，并同時進行虛擬慣性控制，以實現對系統頻率的最大支持；當fB≤fmeas≤fC時，系統頻率為較小波動，依靠虛擬慣性控制及后續系統中同步機的一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組綜合虛擬慣性控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、判斷電力系統是否有頻率變化，如是，則轉步驟2；步驟2、基于改進的風電場穩態頻率響應，判斷所測系統頻率fmeas所在范圍，并采用對應的綜合慣性控制模式，并判斷是否有電力系統二次調頻信號，若有，則轉步驟3；步驟3、二次調頻協調控制模塊動作，根據系統主調頻機增發功率情況調節風電機組的出力，并響應風電機組的轉速情況，防止風電機組轉速超出運行范圍導致風電機組退出運行；步驟4、風電機組與系統同步發電機共同作用，使電力系統頻率恢復正常水平。

【技術特征摘要】
1.一種與二次調頻相協調的雙饋風電機組綜合虛擬慣性控制方法，其特征在于，
包括以下步驟：
步驟1、判斷電力系統是否有頻率變化，如是，則轉步驟2；
步驟2、基于改進的風電場穩態頻率響應，判斷所測系統頻率fmeas所在范圍，并
采用對應的綜合慣性控制模式，并判斷是否有電力系統二次調頻信號，若有，則轉步
驟3；
步驟3、二次調頻協調控制模塊動作，根據系統主調頻機增發功率情況調節風電機
組的出力，并響應風電機組的轉速情況，防止風電機組轉速超出運行范圍導致風電機
組退出運行；
步驟4、風電機組與系統同步發電機共同作用，使電力系統頻率恢復正常水平。
2.一種利用權利要求1所述的基于改進的風電場穩態頻率響應的綜合慣性控制
方法，其特征在于，步驟2中可以根據不同的頻率范圍選擇對應的頻率控制方法，減
少風電機組的調頻作用受電力系統頻率的影響，所述綜合慣性控制方法的流程及各模
式含義如下：
當fmin≤fmeas＜fB時，系統出現較大的有功缺額，此時應當釋放所有的有功備用K％，
Pref_in＝Popt，并同時進行虛擬慣性控制，以實現對系統頻率的最大支持；
當fB≤fmeas≤fC時，系統頻率為較小波動，依靠虛擬慣性控制及后續系統中同步機
的一次響應完成調頻工作，Pref_in＝P′opt，此時采用綜合虛擬慣性控制；
當fC＜fmeas≤fmax時，系統頻率增加，系統出力過多，風電機組應當采取更強的減
載控制，Pref_in＝P″opt，增大K值，持續限制有功出力；
當以及時，ωrmin為DFIG允許運行的最低轉速，取
0.75p.u，ωrmax為DFIG允許運行的最高轉速，取1.25p.u；若因為頻率超限而退出運行，
<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王德林，胡一鳴，李向東，隗霖捷，康積濤，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：四川;51