一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，步骤10）当系统停电时，以风电场作为黑启动电源；步骤20）采用柴油发电机向风电场侧母线进行供电；步骤30）对永磁直驱风电机组的辅机系统进行供电；步骤40）在启动阶段采用跟踪曲线切换虚拟惯量控制方法，在机侧变流器控制环节引入系统频率偏差；步骤50）采用基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法，将当前主频率控制方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法对频率进行响应；步骤60）启动对侧火电厂辅机；步骤70）启动大容量火电机组，对外恢复电网。该方法提升风电场黑启动过程的孤立系统频率稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种频率控制方法，具体来说，涉及一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法。
技术介绍
黑启动是指整个电力系统因故障全停后，不依赖别的系统帮助，通过系统中具有自启动能力机组带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统供电范围，最终实现整个系统恢复的过程。传统黑启动电源通常选取抽水蓄能电站或燃气轮机等运行可靠性较高的电源，然而受水资源分布、燃气轮机运行维护要求较高等因素约束，电网中存在黑启动电源不足及分布不合理的实际问题。随着智能电网环境下运行控制技术的提升，采用大规模“系统友好型”风电场作为黑启动电源在理论研究和实际应用上均是一种有益的尝试。目前大部分风电机组采用变流器实现变速恒频控制，使得风力机的转速与网侧频率完全解耦，当频率变化时无法进行实时响应，为系统提供惯量和频率支持。黑启动过程对孤立小系统的频率稳定性提出了较高的要求，这也成为了制约风电场参与电网黑启动的条件之一。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，该方法充分利用风电机组的转速空间，提升风电场黑启动过程的孤立系统频率稳定性。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用以下的技术方案：一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，该方法包括以下步骤：步骤10)当系统故障停电时，以风电场作为黑启动电源；步骤20)采用柴油发电机向风电场35kV侧母线进行供电，同时启动静止无功发生器，为黑启动系统提供无功功率支撑；在黑启动过程中，柴油发电机作为主参考源，为黑启动系统提供稳定的电压幅值和频率参考；步骤30)利用步骤20)中静止无功发生器和柴油发电机提供的功率，对永磁直驱风电机组的辅机系统进行供电，当风速满足永磁直驱风电机组启动条件时，风轮机开始捕获风能，利用机侧变流器对永磁直驱风电机组的转速进行控制，实现经由网侧变流器对35kV侧母线的功率传递；步骤40)当步骤30)的永磁直驱风电机组启动后，在启动阶段采用跟踪曲线切换虚拟惯量控制方法，在机侧变流器控制环节引入系统频率偏差，作为当前主频率控制方法；在永磁直驱风电机组满足变桨条件时，利用改进桨距角响应虚拟惯量控制方法，在风电机组变桨距系统引入频率偏差，作为辅助频率控制方法对系统频率进行响应；步骤50)当永磁直驱风电机组启动后，采用基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法，当频率偏差满足切换条件时，将当前主频率控制方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法对频率进行响应，减小控制方法切换对系统频率的冲击；步骤60)当主频率控制方法切换后，系统频率趋于稳定时，启动对侧火电厂辅机；步骤70)启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。作为优选例，所述的步骤30)中，改进桨距角响应虚拟惯量控制方法是指：通过将引进系统频率与频率参考值比较，并将系统频率与频率参考值的频率偏差值，通过惯性环节和限幅环节得到风机角速度的偏差值，将风机角速度的偏差值与角速度参考值相比较，并将矫正后的角速度先后经过风电机组变桨距系统中的PI控制器、限幅环节、惯性环节以及桨距角的限速器，得到风电机组的桨距角。作为优选例，所述的步骤40)中，基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法是指：在风电机组启动后，通过设定斜率，采用系数随时间变换的方法，将最大功率跟踪曲线比例系数k'opt平滑地恢复至1；同时，当满足切换条件时，将系统的主频率切换方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法；k'opt依据式(1)确定：其中，k'opt为最大功率跟踪曲线比例系数，kopt为固定的跟踪曲线比例系数，ωr0为初始运行对应的电角速度，η为比例系数，Δf为频率偏差值。作为优选例，所述的步骤40)中，所述的切换条件是指：t≥t1且Δf≤0.01Hz，其中：t1为永磁直驱风电机组启动后到方法切换的时间，Δf表示频率偏差。有益效果：与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：(1)本专利技术实施例的控制方法，基于风电场黑启动场景的特殊性，考虑到风电场黑启动采用变桨控制限功率运行而留下的转速空间，提出的桨距角响应控制方法，能够有效减小火电厂辅机启动时造成的频率跌落。(2)本专利技术实施例利用不同虚拟惯量控制方法在不同阶段的控制效果，基于柔性方法切换方法，并结合改进桨距角控制方法及柴油发电机频率响应特性，提出了适用于风电场黑启动的主辅频率控制方法。与传统的虚拟惯量控制方法相比，采用本实施例方法将网侧频率偏差引入风电机组控制系统中，通过释放“隐藏”的旋转动能，可使风电机组在频率变化时通过快速功率控制，为系统提供一定的频率支撑能力，可有效提升风电机组的频率控制能力，减小风电场黑启动全动态过程中的频率偏差，加强孤立小系统的频率稳定性，并能减小柴油发电机的输出功率，经济性较好。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例采用的系统构架图；图3为传统不同虚拟惯量控制方法控制效果对比图；图4为本专利技术实施例的方法与传统附加桨距角控制方法的控制效果对比图；图5为本专利技术实施例的方法与传统附加桨距角控制方法的动态响应对比图；图6为本专利技术实施例的柔性切换与现有技术的直接切换的效果对比图；图7为本专利技术实施例与传统虚拟惯量控制方法的效果对比图；图8为本专利技术实施例与传统方法动态响应的效果对比图；图9为本专利技术实施例中改进桨距角响应虚拟惯量控制方法的流程框图；图10为本专利技术实施例中基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法流程框图。具体实施方式下面参照附图，并结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。但是本专利技术不限于所给出的例子，可为采用间歇性新能源电厂作为黑启动电源的频率控制方法提供技术参考。如图1所示，本专利技术实施例的一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，包括以下步骤：步骤10)当系统故障停电时，以风电场作为黑启动电源。步骤20)采用柴油发电机向风电场35kV侧母线进行供电，同时启动静止无功发生器，为黑启动系统提供无功功率支撑；在黑启动过程中，柴油发电机作为主参考源，为黑启动系统提供稳定的电压幅值和频率参考。步骤30)利用步骤20)中静止无功发生器和柴油发电机提供的功率，对永磁直驱风电机组的辅机系统进行供电，当风速满足永磁直驱风电机组启动条件时，风轮机开始捕获风能，利用机侧变流器对永磁直驱风电机组的转速进行控制，实现经由网侧变流器对35kV侧母线的功率传递。步骤40)当步骤30)的永磁直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤10)当系统故障停电时，以风电场作为黑启动电源；步骤20)采用柴油发电机向风电场35kV侧母线进行供电，同时启动静止无功发生器，为黑启动系统提供无功功率支撑；在黑启动过程中，柴油发电机作为主参考源，为黑启动系统提供稳定的电压幅值和频率参考；步骤30)利用步骤20)中静止无功发生器和柴油发电机提供的功率，对永磁直驱风电机组的辅机系统进行供电，当风速满足永磁直驱风电机组启动条件时，风轮机开始捕获风能，利用机侧变流器对永磁直驱风电机组的转速进行控制，实现经由网侧变流器对35kV侧母线的功率传递；步骤40)当步骤30)的永磁直驱风电机组启动后，在启动阶段采用跟踪曲线切换虚拟惯量控制方法，在机侧变流器控制环节引入系统频率偏差，作为当前主频率控制方法；在永磁直驱风电机组满足变桨条件时，利用改进桨距角响应虚拟惯量控制方法，在风电机组变桨距系统引入频率偏差，作为辅助频率控制方法对系统频率进行响应；步骤50)当永磁直驱风电机组启动后，采用基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法，当频率偏差满足切换条件时，将当前主频率控制方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法对频率进行响应，减小控制方法切换对系统频率的冲击；步骤60)当主频率控制方法切换后，系统频率趋于稳定时，启动对侧火电厂辅机；步骤70)启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。...

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，其特征在于，该方法包括
以下步骤：
步骤10)当系统故障停电时，以风电场作为黑启动电源；
步骤20)采用柴油发电机向风电场35kV侧母线进行供电，同时启动静止无
功发生器，为黑启动系统提供无功功率支撑；在黑启动过程中，柴油发电机作为
主参考源，为黑启动系统提供稳定的电压幅值和频率参考；
步骤30)利用步骤20)中静止无功发生器和柴油发电机提供的功率，对永
磁直驱风电机组的辅机系统进行供电，当风速满足永磁直驱风电机组启动条件
时，风轮机开始捕获风能，利用机侧变流器对永磁直驱风电机组的转速进行控制，
实现经由网侧变流器对35kV侧母线的功率传递；
步骤40)当步骤30)的永磁直驱风电机组启动后，在启动阶段采用跟踪曲
线切换虚拟惯量控制方法，在机侧变流器控制环节引入系统频率偏差，作为当前
主频率控制方法；在永磁直驱风电机组满足变桨条件时，利用改进桨距角响应虚
拟惯量控制方法，在风电机组变桨距系统引入频率偏差，作为辅助频率控制方法
对系统频率进行响应；
步骤50)当永磁直驱风电机组启动后，采用基于系数变换的主频率控制方
法平滑切换的方法，当频率偏差满足切换条件时，将当前主频率控制方法切换至
附加功率外环虚拟惯量控制方法对频率进行响应，减小控制方法切换对系统频率
的冲击；
步骤60)当主频率控制方法切换后，系统频率趋于稳定时，启动对侧火电
厂辅机；
步骤70)启动大容量火电机组，对外逐步恢复电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤奕，刘煜谦，冯祎鑫，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32