一种虚拟惯量控制的优化控制方法、装置及其控制器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种虚拟惯量控制的优化控制方法、装置及其控制器，所述方法包括：根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值；利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制。本发明专利技术提供的方法控制器及装置能够解决大量风电并网带来的电力系统运行稳定性的问题，且改善目前控制输入为频率变化率带来的噪声问题，进一步提高系统频率的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟惯量控制的优化控制方法、装置及其控制器
本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种虚拟惯量控制的优化控制方法、装置及其控制器。
技术介绍
随着风力发电在电力系统中比例越来越高，其对电力系统的影响也日益显著。双馈风电机组通过变流器与电网连接，与系统频率完全解耦，当系统频率发生扰动时，其并不具备类似同步机惯量调频的能力，对系统频率进行支撑，同时由于风的随机性，风力发电向电网注入的发电量具有不确定性，更是加剧了这种现象。当系统频率发生变化时，常规同步发电机依次发生惯量响应、一次调频、二次调频。惯量响应与系统频率变化率正相关，在系统频率变化的瞬间，可快速向电网注入有功功率的能力，直至一次调频被激活。惯量是物体的本质属性，与质量块的大小有关。质量块越大，惯量能力越大，反之越小。双馈风电机组具备质量大的特点，且蕴含动量能力巨大，包含叶片、齿轮箱、发电机的动能。若采用与常规同步机相同的惯量响应控制方式，控制的输入为变化率，由于实际中电网频率容易受到噪声影响，微分后更是进一步放大，不易控制。且当系统频率在低于/高于正常频率，但在恢复正常频率的过程中，由于频率变化率符号改变，机组惯量释放/吸收也会改变，不具备持续性与稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供一种虚拟惯量控制的优化控制方法、装置及其控制器，其目的是解决大量风电并网带来的电力系统运行稳定性的问题，且改善目前控制输入为频率变化率带来的噪声问题，进一步提高系统频率的稳定性。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种虚拟惯量控制的优化控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值；利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制。优选的，所述根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值，包括：按下式确定所述惯量响应转速控制计算附加转速值△w：其中，wmeas为发电机转速平均值；J为风电机组的整体惯量，单位kg*m2；Kw为附加转矩比例系数；△f为频率偏差量，△f＝f-fref，f为电网频率，fref为频率差值50Hz。优选的，所述根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值，包括：按下式确定所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值△T：△T＝KT△f-Tmeas其中，KT为附加转矩比例系数；Tmeas为测量电磁转矩。优选的，所述利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制，包括：利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入；利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出；其中，所述双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入为发电机转速平均值与原始机组目标转速的差值，所述双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出为风电机组转矩给定值。优选的，所述利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入，包括：利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值将双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入wmeas-wref修正为wmeas-wref+△w；所述利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出，包括：利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值将双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出Tref修正为Tref-△T；其中，wmeas为发电机转速平均值；wref为原始机组目标转速；△w为惯量响应转速控制计算附加转速值；Tref为原始机组转矩；△T为惯量响应转矩控制计算附加转矩值。一种双馈风电机组的虚拟惯量控制的优化控制方法的控制器，其改进之处在于，所述控制器包括：电网频率检测模块，虚拟惯量转速控制器，虚拟惯量转矩控制器，第一加法器，第二加法器和第一限幅控制器，常规机组转矩控制器；所述电网频率检测模块，用于采集电网频率，并将所述电网频率输入至所述虚拟惯量转速控制器和虚拟惯量转矩控制器；所述电网频率检测模块分别与所述虚拟惯量转速控制器的输入端和虚拟惯量转矩控制器的输入端相连；所述虚拟惯量转速控制器的输出端与第一加法器的输入端相连；所述虚拟惯量转矩控制器的输出端与第二加法器的输入端相连；所述第二加法器的输出端与所述第一限幅控制器相连；所述第一加法器、所述常规机组转矩控制器、第二加法器和第一限幅控制器依次连接；所述虚拟惯量转速控制器的传递函数为惯量响应转速控制计算附加转速值的计算方程，其输入信号包括：电网频率f和发电机转速平均值wmeas，其输出信号包括：惯量响应转速控制计算附加转速值△w；所述虚拟惯量转矩控制器的传递函数为惯量响应转矩控制计算附加转矩值的计算方程，其输入信号包括：电网频率f和测量电磁转矩Tmeas，其输出信号包括：惯量响应转矩控制计算附加转矩值△T；所述第一加法器的输入端的输入信号包括：+wmeas、-wref和+△w，所述第二加法器的输入端的输入信号包括：+Tref和-△T；其中，wref为原始机组目标转速；Tref为原始机组转矩。优选的，所述虚拟惯量转速控制器包括依次连接的第三加法器、第一死区控制器、低通滤波器、第一比例控制器、积分控制器、第四加法器和第二限幅控制器；所述第三加法器的输入端的输入信号包括：f和-fref；所述第四加法器的输入端的输入信号包括：-∫Kw△fdt和+wmeas；其中，Kw为附加转矩比例系数；△f为频率偏差量，△f＝f-fref，fref为频率差值50Hz。优选的，所述虚拟惯量转矩控制器包括依次连接的第五加法器、第二死区控制器、高通滤波器、第二比例控制器、第六加法器和第三限幅控制器；所述第五加法器的输入端的输入信号包括：+f和-fref；所述第六加法器的输入端的输入信号包括：+KT△f和-Tmeas；其中，KT为附加转矩比例系数，△f为频率偏差量，△f＝f-fref，fref为频率差值50Hz。一种双馈风电机组的虚拟惯量控制的优化控制装置，其改进之处在于，所述装置包括：计算模块：用于根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值；修正模块：用于利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制。优选的，所述计算模块包括第一计算单元，用于：按下式确定所述惯量响应转速控制计算附加转速值△w：其中，wmeas为发电机转速平均值；J为风电机组的整体惯量，单位kg*m2；Kw为附加转矩比例系数；△f为频率偏差量，△f＝f-fref得来，f为电网频率，fref为频率差值50Hz。优选的，所述计算模块还包括第二计算单元，用于：按下式确定所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值△T：△T＝KT△f-Tmeas其中，KT为附加转矩比例系数；Tmeas为测量电磁转矩。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟惯量控制的优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值；利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟惯量控制的优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值；利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值，包括：按下式确定所述惯量响应转速控制计算附加转速值△w：其中，wmeas为发电机转速平均值；J为风电机组的整体惯量，单位kg*m2；Kw为附加转矩比例系数；△f为频率偏差量，△f＝f-fref，f为电网频率，fref为频率差值50Hz。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电网频率偏差量分别确定惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值，包括：按下式确定所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值△T：△T＝KT△f-Tmeas其中，KT为附加转矩比例系数；Tmeas为测量电磁转矩。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值和惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制，包括：利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入；利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出；其中，所述双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入为发电机转速平均值与原始机组目标转速的差值，所述双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出为风电机组转矩给定值。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入，包括：利用所述惯量响应转速控制计算附加转速值将双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输入wmeas-wref修正为wmeas-wref+△w；所述利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值修正双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出，包括：利用所述惯量响应转矩控制计算附加转矩值将双馈风电机组的虚拟惯量控制过程中的常规机组转矩控制的输出Tref修正为Tref-△T；其中，wmeas为发电机转速平均值；wref为原始机组目标转速；△w为惯量响应转速控制计算附加转速值；Tref为原始机组转矩；△T为惯量响应转矩控制计算附加转矩值。6.一种如权利要求1-5任一项所述的双馈风电机组的虚拟惯量控制的优化控制方法的控制器，其特征在于，所述控制器包括：电网频率检测模块，虚拟惯量转速控制器，虚拟惯量转矩控制器，第一加法器，第二加法器和第一限幅控制器，常规机组转矩控制器；所述电网频率检测模块，用于采集电网频率，并将所述电网频率输入至所述虚拟惯量转速控制器和虚拟惯量转矩控制器；所述电网频率检测模块分别与所述虚拟惯量转速控制器的输入端和虚拟惯量转矩控制器的输入端相连；所述虚拟惯量转速控制器的输出端与第一加法器的输入端相连；所述虚拟惯量转矩控制器的输出端与第二加法器的输入端相连；所述第二加法器的输出端与所述第一限幅控制器相连；所述第一加法器、所述常规机组转矩控制器、第二加法器和第一限幅控制器依次连接；所述虚拟惯量转速控制器的传递函数为惯量响应转速控制计算附加转速值的计算方程，其输入信号包括：电网频率f和发电机转速平均值wmeas，其输出信号包括：惯量响应转速控制计算附加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李照霞，陈子瑜，孙勇，肖莹，应有，王金浩，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院有限公司，浙江运达风电股份有限公司，国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11