一种风电场的虚拟同步机控制方法及相关装置制造方法及图纸

本申请公开了一种风电场的虚拟同步机控制方法及相关装置，该方法包括：根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；根据风机实时转速、频率偏差以及转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；根据频率偏差和桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；将有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。该方法实现了储能最大化的虚拟同步机控制，对电网可以提供有效的电能支撑。

A Virtual Synchronizer Control Method and Related Devices for Wind Farm

This application discloses a virtual synchronous machine control method and related devices for wind farms. The method includes: optimizing the speed according to the real-time wind speed and the preset load-shedding ratio by using the speed optimization algorithm to obtain the results of speed optimization and pitch angle optimization; calculating the deviation between the rated frequency of power grid and the real-time frequency of power grid to obtain the frequency deviation; and calculating the real-time speed and load-shedding ratio of wind turbine to obtain the frequency deviation; Frequency deviation and speed optimization results are used to calculate the speed regulation instructions to get the active power instructions; the pitch angle regulation instructions are calculated according to the frequency deviation and pitch angle optimization results, and the pitch angle instructions are obtained; the active power instructions are input to the synchronous motor model device, and the pitch angle instructions are input to the pitch controller to realize the virtual synchronous machine control. This method realizes the virtual synchronous machine control of maximizing energy storage, and can provide effective power support for power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种风电场的虚拟同步机控制方法及相关装置
本申请涉及风电场控制
，特别涉及一种风电场的虚拟同步机控制方法、虚拟同步机控制系统、风电场控制设备以及计算机可读存储介质。
技术介绍
随着电力技术的不断发展，在以火电机组为主的电网中，当电网频率下降时可通过增加火电机组的有功功率来支撑电网频率，从而保证电网的稳定运行。而风电机组所能输出的最大有功功率受制于风速，对电网频率的支撑作用有限。随着风电装机容量的快速上升，为保证电网的安全稳定运行，必须设法提高风电机组的电网频率支撑能力。目前，为了在电网频率产生波动时，采用虚拟同步机技术对电网产生足够的支撑能力。主要有两种虚拟同步机控制方法，包括变桨减载控制和增速减载控制。具体的，变桨减载控制主要是当风电机组正常运行时，通过增大桨距角主动降低风能利用率；当电网频率下降时，通过减小桨距角，提高风电机组的风能利用率，从而输出更多有功功率支撑电网频率。增速减载控制主要是当风电机组正常运行时，通过增大转速主动降低风能利用率；当电网频率下降时，降低风电机组转速，一方面可提高风能利用率，另一方面可释放风电机组存储的旋转动能并转化为有功输出，这两者都可以增加风电机组输出的有功功率以支撑电网频率。但是，变桨减载控制完全依靠降低风能利用率来预留支撑电网频率所需的备用容量，没有利用转子进行旋转储能，预留的备用容量完全以风能损失为代价，严重影响风电场的经济效益。虽然可通过配置蓄电池等储能系统来进一步增加备用容量，形成风电和储能系统的虚拟同步机，但这样会导致成本增加，且蓄电池在生产、使用和回收过程中还存在污染和老化的问题。另外，增速减载控制一方面通过降低风能利用率来预留支撑电网频率所需的备用容量，同时也利用了转子进行旋转储能，因此可在一定程度上降低附加储能系统的容量。但是，该控制方案没有考虑如何最大化地利用转子的旋转储能作用，因此不能最大限度地降低储能系统的容量。因此，如何提高虚拟同步机在控制时的旋转储能，以便对电网提供足够的电网频率支撑能力是本领域技术人员关注的重点问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种风电场的虚拟同步机控制方法、虚拟同步机控制系统、风电场控制设备以及计算机可读存储介质，通过将转速作为最大优化目标，将得到的优化结果进行调整指令计算，实现了储能最大化的虚拟同步机控制，对电网可以提供有效的电能支撑。为解决上述技术问题，本申请提供一种风电场的虚拟同步机控制方法，包括：根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；将所述有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将所述桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。可选的，根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果，包括：将转速最大化作为优化函数的目标进行函数构造，得到转速优化目标函数；将所述预设减载比例、转速调节范围、桨距角调节范围以及机侧变流器额定功率作为所述转速优化目标函数的约束条件；根据所述实时风速按照所述转速优化目标函数进行计算，得到所述转速优化结果和所述桨距角优化结果。可选的，根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令，包括：将所述转速优化结果和风机实时转速的偏差进行比例积分调节，得到有功功率的基本值；将所述频率偏差乘以预设功率下垂系数，得到所述有功功率的附加值；将所述有功功率的基本值和所述有功功率的附加值相加，得到所述有功功率指令。可选的，根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令，包括：将所述桨距角优化结果作为桨距角的基本值；将所述频率偏差乘以预设桨距调节系数，得到所述桨距角的附加值；将所述桨距角的基本值减去所述桨距角的附加值，得到所述桨距角指令。本申请还提供一种风电场的虚拟同步机控制系统，包括：最优计算模块，用于根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；频率偏差计算模块，用于对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；转速调节指令计算模块，用于根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；桨距角调节指令计算模块，用于根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；控制指令输出模块，用于将所述有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将所述桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。可选的，所述最优计算模块，包括：优化函数构造单元，用于将转速最大化作为优化函数的目标进行函数构造，得到转速优化目标函数；约束条件添加单元，用于将所述预设减载比例、转速调节范围、桨距角调节范围以及机侧变流器额定功率作为所述转速优化目标函数的约束条件；优化计算单元，用于根据所述实时风速按照所述转速优化目标函数进行计算，得到所述转速优化结果和所述桨距角优化结果。可选的，所述转速调节指令计算模块，包括：有功功率基本值计算单元，用于将所述转速优化结果和风机实时转速的偏差进行比例积分调节，得到有功功率的基本值；有功功率附加值计算单元，用于将所述频率偏差乘以预设功率下垂系数，得到所述有功功率的附加值；有功功率指令计算单元，用于将所述有功功率的基本值和所述有功功率的附加值相加，得到所述有功功率指令。可选的，所述桨距角调节指令计算模块，包括：桨距角基本值获取单元，用于将所述桨距角优化结果作为桨距角的基本值；桨距角附加值计算单元，用于将所述频率偏差乘以预设桨距调节系数，得到所述桨距角的附加值；桨距角指令计算单元，用于将所述桨距角的基本值减去所述桨距角的附加值，得到所述桨距角指令。本申请还提供一种风电场控制设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的虚拟同步机控制方法的步骤。本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的虚拟同步机控制方法的步骤。本申请所提供的一种风电场的虚拟同步机控制方法，包括：根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；将所述有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将所述桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。通过采用预设减载比例进行优化，将转速作为最大化的优化条件，并且旋转储能更正比于转速的平方，就可以最大化优化虚拟同步机控制中的旋转动能储备，由此得到的转速优化结果和桨距角优化结果，再将优化结果通过计算分别得到对应的调整指令，实现了储能最大化的虚拟同步机控制，当电网出现波动时，尽可能的提供了有效的电网支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；将所述有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将所述桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。

【技术特征摘要】
1.一种风电场的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差；根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令；根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令；将所述有功功率指令输入到同步电动机模型装置，将所述桨距角指令输入到变桨距控制器，以便实现虚拟同步机控制。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制方法，其特征在于，根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果，包括：将转速最大化作为优化函数的目标进行函数构造，得到转速优化目标函数；将所述预设减载比例、转速调节范围、桨距角调节范围以及机侧变流器额定功率作为所述转速优化目标函数的约束条件；根据所述实时风速按照所述转速优化目标函数进行计算，得到所述转速优化结果和所述桨距角优化结果。3.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制方法，其特征在于，根据风机实时转速、所述频率偏差以及所述转速优化结果进行转速调节指令计算，得到有功功率指令，包括：将所述转速优化结果和风机实时转速的偏差进行比例积分调节，得到有功功率的基本值；将所述频率偏差乘以预设功率下垂系数，得到所述有功功率的附加值；将所述有功功率的基本值和所述有功功率的附加值相加，得到所述有功功率指令。4.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制方法，其特征在于，根据所述频率偏差和所述桨距角优化结果进行桨距角调节指令计算，得到桨距角指令，包括：将所述桨距角优化结果作为桨距角的基本值；将所述频率偏差乘以预设桨距调节系数，得到所述桨距角的附加值；将所述桨距角的基本值减去所述桨距角的附加值，得到所述桨距角指令。5.一种风电场的虚拟同步机控制系统，其特征在于，包括：最优计算模块，用于根据实时风速和预设减载比例采用转速最优化算法进行最优计算，得到转速优化结果和桨距角优化结果；频率偏差计算模块，用于对电网额定频率和电网实时频率进行偏差计算，得到频率偏差...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思哲，刘晨炀，章云，张桂东，王裕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44