一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，其中，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。本发明专利技术提供的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，能够提高机组运行稳定性和电网频率稳定性。

Virtual inertial control system and method for doubly fed pumped storage unit

The invention relates to a double fed pumped storage unit of the virtual inertia control system and method, wherein the virtual inertia control system includes Washout filter module, used for blocking the steady-state input signal, so that the frequency deviation cannot affect the steady control of process control system; regulator module proportion differential, used by FM auxiliary power control the double fed pumped storage power output unit can reference value, so that the double fed pumped storage power output unit reference values are associated with the grid frequency; wherein, when the power grid frequency is changed, the double fed pumped storage power output adjusted reference unit value, in order to achieve the frequency of power grid FM; a low-pass filter module, is used to eliminate the high frequency noise signal, to reduce the interference of the external signal to the control system. The invention provides a virtual inertia control system and method of a doubly fed pumped storage unit, which can improve the operation stability of the unit and the frequency stability of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法
本专利技术属于抽水蓄能
，涉及一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法。
技术介绍
双馈抽水蓄能机组(DoublyFedPumpedStorageUnit，DFPSU)以其转速可调的优点逐渐成为新建抽水蓄能电站的主流机组之一。近年来，随着可再生能源在电力系统尤其是在区域电网中渗透率的不断增加，要求DFPSU不仅具备参与电网调峰的作用，还要具备参与电网频率调节的能力。然而，现有DFPSU功率解耦控制使得双馈电机(DoublyFedInductionMachine，DFIM)转子不能随着频率的变化自动做出快速响应，进而对整个系统的频率贡献微乎其微。目前国内外关于DFPSU参与电网频率调节的控制方法尚未见报道；虽然在双馈风力发电领域已经提出一些频率控制方法并取得一定效果，如转子动能控制、频率下垂控制以及惯性控制等，通过模拟同步发电机一次调频的功率-频率下垂特性及惯性响应特性，增加辅助频率控制环来释放/吸收转子动能，进而为电网提供短时功率支撑；然而上述频率控制方法缺乏对调频能力，特别是系统频率最低点(frequencynadir，FN)、最高点(frequencyzenith，FZ)以及机组转速恢复稳定动态效果的深入研究。另外，为了更好地发挥DFPSU作为电网调度工具的重要作用，要求其在发电、电动工况均具有调频能力；而现有调频控制方法的大都针对双馈机组做发电机运行工况进行分析，关于机组电动工况调频控制方法的研究尚未见报道；此外，涉及DFPSU发电、电动工况控制参数及调频能力的分析，亦未见深入研究。因此，为了解决DFPSU接入电网带来的系统惯量缺失问题，提高机组参与电网的调频能力和电力系统频率稳定性，急需一种适用于DFPSU参与电网频率调节的控制方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，能够提高机组运行稳定性和电网频率稳定性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块、比例微分调节器模块以及一阶低通滤波器模块，其中：所述Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；所述比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；所述一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述调频辅助功率：其中，ΔPf*表示所述调频辅助功率，kp表示所述比例微分调节器模块限定的第一调节系数，kd表示所述比例微分调节器模块限定的第二调节系数，Δf表示实际工作频率与参考频率之间的频率差。进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述第一调节系数：其中，PN-DFPSU表示双馈抽水蓄能机组的额定功率，σ*表示机组调差系数，fN表示所述虚拟惯性控制系统的额定频率。进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述机组调差系数：其中，Δf*表示频率偏差标幺值，表示有功变化量标幺值。进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述第二调节系数：kd＝2HPN/fN其中，2HPN＝JDFPSUωrωs，JDFPSU表示所述双轴抽水蓄能机组的能量系数，ωr表示参考工作角频率，ωs表示实际工作角频率，fN所述虚拟惯性控制系统的额定频率。进一步地，所述双馈抽水蓄能机组中还包括双馈电机机侧变流器、双馈电机网侧变流器、调速器以及机械导叶，其中：所述双馈电机机侧变流器，用于通过控制定子电流的轴分量，来分别控制定子有功功率和无功功率，以实现对电机功率的解耦控制；所述双馈电机网侧变流器，用于通过控制电网电流的轴分量，来分别控制网侧直流母线电压和无功功率，以实现对变流器直流母线电压和功率因数的控制；所述调速器，用于接收预先计算出的最优转速，将所述最优转速转换为对应的转速变量，并将所述转速变量发送至所述机械导叶处；所述机械导叶，用于根据所述转速变量调整所述双馈抽水蓄能机组的转速。一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制方法，所述方法包括：预先阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。进一步地，按照下述公式确定所述调频辅助功率：其中，ΔPf*表示所述调频辅助功率，kp表示所述比例微分调节器模块限定的第一调节系数，kd表示所述比例微分调节器模块限定的第二调节系数，Δf表示实际工作频率与参考频率之间的频率差。进一步地，按照下述公式确定所述第一调节系数：其中，PN-DFPSU表示双馈抽水蓄能机组的额定功率，σ*表示机组调差系数，fN表示所述虚拟惯性控制系统的额定频率。进一步地，按照下述公式确定所述第二调节系数：kd＝2HPN/fN其中，2HPN＝JDFPSUωrωs，JDFPSU表示所述双轴抽水蓄能机组的能量系数，ωr表示参考工作角频率，ωs表示实际工作角频率，fN所述虚拟惯性控制系统的额定频率。本专利技术的有益效果在于：该方法通过用dΔf/dt控制环节代替传统惯性控制中的df/dt控制环节，不仅弥补了传统惯性控制方法存在的负阻尼缺点；同时，有效实现了DFPSU在发电、电动工况均能参与系统频率调节，且与传统惯性控制方法相比，本申请的虚拟惯性控制系统及方法不仅提高了系统FN值，降低了FZ值，还有效缩短了机组转速恢复稳定的时间，增强了系统的阻尼，有利于提高机组运行稳定性和电网频率稳定性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本申请中虚拟惯性控制系统对应的原理图；图2为含DFPSU的3机系统的仿真模型图；图3为机组G1输出功率响应特性对比图；图4为虚拟惯性控制方法流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术中虚拟惯性控制系统对应的原理图。请参阅图1，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块、比例微分(PD)调节器模块以及一阶低通滤波器模块，其中：所述Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；所述比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；所述一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。在本实施方式中，所述比例微分调节器模块可以按照下述公式确定所述调频辅助功率：其中，ΔPf*表示所述调频辅助功率，kp表示所述比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块、比例微分调节器模块以及一阶低通滤波器模块，其中：所述Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；所述比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；所述一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。

【技术特征摘要】
1.一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块、比例微分调节器模块以及一阶低通滤波器模块，其中：所述Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；所述比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；所述一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。2.根据权利要求1所述的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述调频辅助功率：其中，ΔPf*表示所述调频辅助功率，kp表示所述比例微分调节器模块限定的第一调节系数，kd表示所述比例微分调节器模块限定的第二调节系数，Δf表示实际工作频率与参考频率之间的频率差。3.根据权利要求2所述的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述第一调节系数：其中，PN-DFPSU表示双馈抽水蓄能机组的额定功率，σ*表示机组调差系数，fN表示所述虚拟惯性控制系统的额定频率。4.根据权利要求3所述的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述机组调差系数：其中，Δf*表示频率偏差标幺值，表示有功变化量标幺值。5.根据权利要求2所述的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述第二调节系数：kd＝2HPN/fN其中，2HPN＝JDFPSUωrωs，JDFPSU表示所述双轴抽水蓄能机组的能量系数，ωr表示参考工作角频率，ωs表示实际工作角频率，fN所述虚拟惯性控制系统的额定频率。6.根据权利要求1所述的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述双馈抽水蓄能机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，刘海涛，宋二兵，柴兆森，王坤，骆林，周光厚，黄智欣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50