本发明专利技术公开了一种改善含高渗透率风电的电力系统功角首摆稳定的控制方法,在故障发生至故障切除期间,启动前向机组的虚拟惯性控制器,并将惯性调节系数置为最大正值,当系统频率在安全范围内波动时,再启动后向机组惯性控制器虚拟出负惯性响应;故障切除后,将后向机组的惯性调节系数置为最大正值,并在系统频率进入安全波动范围之后,再将前向机组的惯性调节系数置为最小负值;在功角首摆结束时,将前向机组的惯性调节系数置为最大正值,闭锁后向机组的惯性控制器。本发明专利技术降低了系统在暂态失稳后所积聚的暂态能量,提高了系统的暂态功角首摆稳定性;提高了虚拟惯性控制的可实施性与安全性。
【技术实现步骤摘要】
含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法
本专利技术涉及一种功角首摆稳定控制方法,尤其涉及一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法,属于风力发电系统控制
技术介绍
变速风电机组的虚拟惯性控制器正处于开发阶段,功能不断得到完善。通过附加df/dt微分环节,以及转速保护、桨距调节等辅助模块,风电机组提供惯性支持的可靠性已得到显著提高。在风电高渗透区域电网中,若虚拟惯性控制器推广应用于风电机组,大量虚拟惯量引入后,系统惯量将不再是无法改变的固有特性,而是会成为电力系统一种新的可控运行参数。尽管虚拟惯性控制可以有效解决风电并网引起的低惯性问题,但动态调节虚拟惯性会同时改变电网功角的暂态稳定特性,并且这一问题尚未得到重视。在实际电网中,风电机组不仅需要在频率调节时提供惯性支持,还需解决虚拟惯性调节对电网功角暂态稳定的影响,才能保证风电机组的惯性控制在动态过程中不会威胁系统稳定,具备改善系统暂态稳定的功能,才会使虚拟惯性控制器具有大规模推广应用的可能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法,包括以下具体步骤:步骤a:检测互联电力系统的相对功角δ,利用开关信号S,S=dδ/dt,判断相对功角δ是否发生相对摆动,如果是,则S≠0,转向步骤b;如果否,则S=0,转向步骤a;步骤b:识别相对功角δ的首摆方向,S>0时为正向摇摆,S<0时反向摇摆;并根据相对功角的首摆方向划分前向机组与后向机组,转向步骤c;步骤c:检测故障是否切除;若故障尚未切除,启动前向机组的虚拟惯性控制器,将前向机组的惯性调节系数Hvir_for置为惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_for=Hvir_max;比较系统频率f与额定频率fN,若频率在安全范围内波动,即|f-fN|≤0.5Hz,再启动后向机组惯性控制器,将后向机组的惯性调节系数Hvir_back置惯性调节系数最小负值Hvir_min,即Hvir_back=Hvir_min;若故障已经切除,则转向步骤d;步骤d:将后向机组的惯性调节系数Hvir_back改变为惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_back=Hvir_max,在系统频率进入安全波动范围时,再将前向机组的惯性调节系数Hvir_for改变为前向机组的惯性调节系数最小负值Hvir_min,即Hvir_for=Hvir_min;步骤e:检测相对功角首摆是否结束;若尚未结束,转向步骤c,若首摆结束,转向步骤f;步骤f:将前向机组的惯性调节系数Hvir_for置为前向机组的惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_for=Hvir_max,并闭锁后向机组的惯性控制器。采用上述技术方案所取得的技术效果在于:1、本专利技术减小了互联系统相对功角摆动幅度,提高系统暂态功角稳定性;改变了区域电网的暂态能量转化,增加系统的暂态减速能量;2、本专利技术消除了传统虚拟惯性控制在频率调节过程中对系统功角暂态稳定产生的不利影响,提高了虚拟惯性调节的可实施性与安全性;3、本专利技术通过改变风电机组所在子区域的惯性大小,同时协调其他区域风电机组的惯性控制,提高系统的暂态功角稳定。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的流程图;图2是本专利技术实施例中含风电的四机系统仿真拓扑图;图3互联系统中前、后向机组的相对功角摆向示意图;图4是本专利技术实施例中不同虚拟惯性控制策略下的功角正向摇摆曲线;图5是本专利技术实施例中不同虚拟惯性控制策略下的功角反向摇摆曲线;图6是本专利技术风电并入互联系统的等值拓扑结构图;图7是本专利技术实施例中区域F风电机组的虚拟惯性控制器;图8是本专利技术实施例中区域R风电机组的虚拟惯性控制器。具体实施方式实施例1:如图1所示,一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法,包括以下具体步骤:步骤a:检测互联电力系统的相对功角δ,利用开关信号S,S=dδ/dt,判断相对功角δ是否发生相对摆动,如果是,则S≠0,转向步骤b;如果否,则S=0,转向步骤a;步骤b:识别相对功角δ的首摆方向,S>0时为正向摇摆,S<0时反向摇摆;并根据相对功角的首摆方向划分前向机组与后向机组,转向步骤c;步骤c:检测故障是否切除;若故障尚未切除,启动前向机组的虚拟惯性控制器,将前向机组的惯性调节系数Hvir_for置为惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_for=Hvir_max;比较系统频率f与额定频率fN,若频率在安全范围内波动,即|f-fN|≤0.5Hz,再启动后向机组惯性控制器,将后向机组的惯性调节系数Hvir_back置惯性调节系数最小负值Hvir_min,即Hvir_back=Hvir_min;若故障已经切除,则转向步骤d;步骤d:将后向机组的惯性调节系数Hvir_back改变为惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_back=Hvir_max,在系统频率进入安全波动范围时,再将前向机组的惯性调节系数Hvir_for改变为前向机组的惯性调节系数最小负值Hvir_min,即Hvir_for=Hvir_min;步骤e:检测相对功角首摆是否结束;若尚未结束,转向步骤c,若首摆结束,转向步骤f;步骤f:将前向机组的惯性调节系数Hvir_for置为前向机组的惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_for=Hvir_max,并闭锁后向机组的惯性控制器。本实施例搭建了如图2所示四机系统模型。该系统包括4个额定容量为900MVA的同步发电机,分别由250台额定容量为2MW的双馈异步风力发电机并联形成的2个风电场,风电装机容量渗透率为35%;风电场分别从母线B5及B11接入系统,在区域#1和区域#2中,同步发电机G1和G3配置了具有下垂控制特性的转子调速器,实现对系统的一次调频,同步发电机G2和G4运行在恒定功率模式下,不参与系统频率的调节。仿真中设定风速为9m/s,风力机组运行在最大功率跟踪模式;风电机组虚拟惯性时间常数的最大值Hvir_max为30s,最小值Hvir_min为-30s;故障设置为B8发生三相短路故障,故障时间为0.1s。在不同的运行方式下,G1和G3的功角差曲线将出现正向摇摆和反向摇摆两种情况,如图3所示,为了叙述方便,将实线表示的曲线定义为功角正向摇摆,在这种情况下,暂态失稳时称G1为前向机组,G3为后向机组;虚线表示的曲线定义为功角反向摇摆,此时称G3为前向机组,G1为后向机组。本文依据表1和表2列举的两种运行方式,对比分析惯性控制对不同运行方式下系统功角暂态稳定水平的影响。互联系统内的风电机组分别考虑以下四种控制方案:Case1:无虚拟惯性控制,双馈风电机组DFIG1和DFIG2的虚拟惯性时间常数Hvir1、Hvir2为0,即Hvir1=0,Hvir2=0;Case2:故障发生时刻,双馈风电机组DFIG1启动虚拟惯性控制器,将虚拟惯性时间常数Hvir1调节至最大正值,Hvir1=30;闭锁双馈风电机组DFIG2虚拟惯性控制器,Hvir2=0;Case3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法,其特征在于:包括以下具体步骤:步骤a:检测互联电力系统的相对功角δ,利用开关信号S,S=dδ/dt,判断相对功角δ是否发生相对摆动,如果是,则S≠0,转向步骤b;如果否,则S=0,转向步骤a;步骤b:识别相对功角δ的首摆方向,S>0时为正向摇摆,S
【技术特征摘要】
1.一种含可控惯量风电并网系统的功角首摆稳定控制方法,其特征在于:包括以下具体步骤:步骤a:检测互联电力系统的相对功角δ,利用开关信号S,S=dδ/dt,判断相对功角δ是否发生相对摆动,如果是,则S≠0,转向步骤b;如果否,则S=0,转向步骤a;步骤b:识别相对功角δ的首摆方向,S>0时为正向摇摆,S<0时反向摇摆;并根据相对功角的首摆方向划分前向机组与后向机组,转向步骤c;步骤c:检测故障是否切除;若故障尚未切除,启动前向机组的虚拟惯性控制器,将前向机组的惯性调节系数Hvir_for置为惯性调节系数最大正值Hvir_max,即Hvir_for=Hvir_max;比较系统频率f与额定频率fN,若频率在安全范围内波动,即|f-fN|≤0.5Hz,再启动后向机组惯性控制...
【专利技术属性】
技术研发人员:张祥宇,朱正振,付媛,
申请(专利权)人:华北电力大学保定,
类型:发明
国别省市:河北,13
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