风力发电系统的虚拟同步机控制方法及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法，包括：根据风机转子转速通过静态工作点生成单元来生成静态工作点有功功率值，并且根据电力系统的实际频率与额定频率的差值通过一次调频功率给定单元来生成一次调频有功功率给定值；当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时将所述静态工作点有功功率值与所述一次调频有功功率给定值进行叠加来生成有功功率指令值，当风机转子转速超出最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线时，以最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线的曲线值作为有功功率指令值；以及将所述有功功率指令值提供至所述虚拟同步机来进行虚拟同步控制。本公开还提供了一种风力发电系统的虚拟同步机控制装置。

Control Method and Device of Virtual Synchronizer for Wind Power Generation System

This disclosure provides a virtual synchronous machine control method for wind power generation system, which includes: generating active power value of static working point by generating unit of static working point according to rotor speed of fan, and generating active power value of primary frequency modulation by setting unit of primary frequency modulation power according to the difference between actual frequency and rated frequency of power system; when rotor speed of fan is changed, generating active power value of primary frequency modulation by setting unit of primary frequency modulation power. When it is between the maximum speed curve and the maximum power point tracking curve, the active power value of the static working point and the given value of the first frequency modulation active power are superimposed to generate the active power instruction value. When the fan rotor speed exceeds the maximum speed curve or the maximum power point tracking curve, the maximum speed curve or the maximum power point tracking curve are used as active power. Rate instruction value; and providing all active power instruction value to the virtual synchronizer for virtual synchronization control. The present disclosure also provides a virtual synchronous machine control device for a wind power generation system.

【技术实现步骤摘要】
风力发电系统的虚拟同步机控制方法及装置
本公开涉及一种风力发电领域，尤其涉及一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法及装置。
技术介绍
随着风力发电技术的发展，电力系统中风电的占比日益增加，电力系统运行人员越来越关注电网频率支撑能力降低的问题，对风力发电厂提出了频率支撑的要求。由于传统矢量控制的风电场(WPPs)不能像同步发电机(SG)那样直接参与调频，为了获得频率支撑能力，需要对WPPs的控制方法进行改进。虚拟同步发电机技术(VSG)是一种可模拟SG摆动方程特性的控制方法，因而采用VSG控制的WPPs(WPPs-VSG)能够为电网提供频率支撑，也受到了研究者的广泛关注。另外，在风电只参与惯量响应的应用中，为获得高的风能转换效率，WPPs通常以最大功率点跟踪(MPPT)模式工作。但是VSG与MPPT控制回路之间的动态耦合会削弱WPPs-VSG的惯性响应能力的机理。更坏的情况是，在惯性响应阶段，WPPs-VSG的实时输出功率可能小于惯性响应开始之前的WPPs的静态输出功率。在这种情况下，WPPs-VSG对电网频率的支撑甚至是有害的。电力系统频率调节除了惯量响应还包括一次调频过程。通过添加储能单元或通过控制WPPs在非最大功率点跟踪模式下工作，WPPs可以保留一定量的功率。然后，WPPs可以参与电网的惯量响应(IR)和一次调频(PFR)阶段。WPPs工作在非最大功率点的典型控制方法包括风机(WT)转子速度控制和桨距角控制。不同于桨距角控制中存在响应时间，WT转子速度控制可以迅速响应，其中对于通过控制WT转子转速来实现功率备用的情况，为了实现PFR功能，一般将有功频率(P/f)下垂控制添加到原有的WPPs-VSG控制中，然后通过控制风机实际静态工作点(PSOP)来保证风机留有一定的功率备用。以往的研究都关注于在WPPs中实现VSG控制以保证WPPs可以参与电力系统调频的惯量响应(IR)和一次调频(PFR)阶段，但是无法保证仅仅在WPPs-VSG控制中引入下垂控制后WPPs的频率支撑能力。综上，现有技术中，调频能力低于预期甚至对电力系统频率的调节起反作用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法及装置。根据本公开的第一方面，一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法，包括：根据风机转子转速通过静态工作点生成单元来生成静态工作点有功功率值，并且根据电力系统的实际频率与额定频率的差值通过一次调频功率给定单元来生成一次调频有功功率给定值；当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，将静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值进行叠加来生成有功功率指令值，当风机转子转速超出最大转速曲线时，以最大转速曲线的曲线值作为有功功率指令值，并且当风机转子转速超出最大功率点跟踪曲线时，以最大功率点跟踪曲线的曲线值作为有功功率指令值；以及将有功功率指令值提供至虚拟同步机来进行虚拟同步控制。根据本公开的至少一个实施方式，当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，静态工作点生成单元的静态工作点有功功率值保持不变，并且有功功率指令值为静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值的叠加值。根据本公开的至少一个实施方式，当风机转子转速超出最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线时，风机根据离风机转子转速值最近的最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线运行，有功功率指令值为所述最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线的曲线值。根据本公开的至少一个实施方式，当风速由高风速减小至低风速，风机转子转速减小且超过最大功率点跟踪曲线时，则风机根据最大功率点跟踪曲线运行，有功功率指令值为所述最大功率点跟踪曲线的曲线值。根据本公开的至少一个实施方式，当风机根据最大功率点跟踪曲线运行到低风速对应的最大功率点时，调整有功功率指令值使得风力发电系统运行至低风速过渡点，并且在低风速过渡点处风机所捕获的功率大于风机所输出的功率，风机转子转速增加，当增加至低风速对应的低风速目标工作点的转速时，风力发电系统运行在低风速目标工作点处，其中，低风速过渡点位于最大功率点与低风速目标工作点之间，且低风速过渡点对应的风机输出的有功功率等于低风速目标工作点对应的风机输出的有功功率，低风速过渡点与目标工作点的有功功率指令值为静态工作点生成单元根据低风速生成的静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值的叠加值。根据本公开的至少一个实施方式，当风速由低风速增加至高风速，风机转子转速增加且超过最大转速曲线时，则风机根据最大转速曲线运行，有功功率指令值为所述最大转速曲线的曲线值。根据本公开的至少一个实施方式，当风机根据最大转速曲线运行到高风速对应的最大转速点时，调整有功功率指令值使得风力发电系统运行至高风速过渡点，并且在高风速过渡点处风机所捕获的功率小于风机所输出的功率，风机转子转速减小，当减小至高风速对应的高风速目标工作点的转速时，风力发电系统运行在高风速目标工作点处，其中，高风速过渡点位于最大转速点与高风速目标工作点之间，且高风速过渡点对应的风机输出的有功功率等于高风速目标工作点对应的风机输出的有功功率，高风速过渡点与高风速目标工作点的有功功率指令值为静态工作点生成单元根据高风速生成的静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值的叠加值。根据本公开的第二方面，一种风力发电系统的虚拟同步机控制装置，包括：静态工作点生成单元，根据风机转子转速来生成静态工作点有功功率值；一次调频功率给定单元，根据电力系统的实际频率及额定频率的差值来生成一次调频有功功率给定值；有功功率指令值生成单元，当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，将静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值进行叠加来作为有功功率指令值，当风机转子转速超出最大转速曲线时，以最大转速曲线的曲线值作为有功功率指令值，并且当风机转子转速超出最大功率点跟踪曲线时，以最大功率点跟踪曲线的曲线值作为有功功率指令值；以及虚拟同步机，根据有功功率指令值来进行虚拟同步控制。根据本公开的至少一个实施方式，当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，静态工作点生成单元的静态工作点有功功率值保持不变，并且有功功率指令值为静态工作点有功功率值与一次调频有功功率给定值的叠加值。根据本公开的至少一个实施方式，当风机转子转速超出最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线时，风机根据离风机转子转速值最近的最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线运行，有功功率指令值为最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线的曲线值。根据本公开的至少一个实施方式，当风速由高风速减小至低风速，风机转子转速减小且超过最大功率点跟踪曲线时，则风机根据最大功率点跟踪曲线运行，有功功率指令值为所述最大功率点跟踪曲线的曲线值。根据本公开的至少一个实施方式，当风机根据最大功率点跟踪曲线运行到低风速对应的最大功率点时，调整有功功率指令值使得风力发电系统运行至低风速过渡点，并且在低风速过渡点处风机所捕获的功率大于风机所输出的功率，风机转子转速增加，当增加至低风速对应的低风速目标工作点的转速时，风力发电系统运行在低风速目标工作点处，其中，低风速过渡点位于最大功率点与低风速目标工作点之间，且低风速过渡点对应的风机输出的有功功率等于低风速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：根据风机转子转速通过静态工作点生成单元来生成静态工作点有功功率值，并且根据电力系统的实际频率与额定频率的差值通过一次调频功率给定单元来生成一次调频有功功率给定值；当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，将所述静态工作点有功功率值与所述一次调频有功功率给定值进行叠加来作为有功功率指令值，当风机转子转速超出最大转速曲线时，以所述最大转速曲线的曲线值作为有功功率指令值，并且当风机转子转速超出最大功率点跟踪曲线时，以所述最大功率点跟踪曲线的曲线值作为有功功率指令值；以及将所述有功功率指令值提供至所述虚拟同步机来进行虚拟同步控制。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：根据风机转子转速通过静态工作点生成单元来生成静态工作点有功功率值，并且根据电力系统的实际频率与额定频率的差值通过一次调频功率给定单元来生成一次调频有功功率给定值；当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，将所述静态工作点有功功率值与所述一次调频有功功率给定值进行叠加来作为有功功率指令值，当风机转子转速超出最大转速曲线时，以所述最大转速曲线的曲线值作为有功功率指令值，并且当风机转子转速超出最大功率点跟踪曲线时，以所述最大功率点跟踪曲线的曲线值作为有功功率指令值；以及将所述有功功率指令值提供至所述虚拟同步机来进行虚拟同步控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当风机转子转速位于最大转速曲线及最大功率点跟踪曲线之间时，静态工作点生成单元的所述静态工作点有功功率值保持不变，并且所述有功功率指令值为所述静态工作点有功功率值与所述一次调频有功功率给定值的叠加值。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当风机转子转速超出最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线时，风机根据离风机转子转速值最近的最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线运行，所述有功功率指令值为所述最大转速曲线或最大功率点跟踪曲线的曲线值。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当风速由高风速减小至低风速，风机转子转速减小且超过最大功率点跟踪曲线时，则风机根据最大功率点跟踪曲线运行，所述有功功率指令值为所述最大功率点跟踪曲线的曲线值。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当风机根据最大功率点跟踪曲线运行到所述低风速对应的最大功率点时，调整所述有功功率指令值使得风力发电系统运行至低风速过渡点，并且在低风速过渡点处风机所捕获的功率大于风机所输出的功率，风机转子转速增加，当增加至低风速对应的低风速目标工作点的转速时，风力发电系统运行在低风速目标工作点处，其中，所述低风速过渡点位于所述最大功率点与所述低风速目标工作点之间，且所述低风速过渡点对应的风机输出的有功功率等于所述低风速目标工作点对应的风机输出的有功功率，所述低风速过渡点与所述目标工作点的有功功率指令值为所述静态工作点生成单元根据所述低风速生成的静态工作点有功功率值与所述一次调频有功功率给定值的叠加...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿华，习江北，杨耕，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11