双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法技术

本发明专利技术涉及一种双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，确定风电机组、柴油机共同参与孤岛模式微电网频率控制策略，建立小信号分析模型；研究柴油机调速器参数变化时微电网的特征值变化轨迹，找出反映微电网频率动态响应特性的一组典型特征根，分析DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制参数变化时所得典型特征值的变化轨迹规律，根据特征值轨迹判断微电网频率稳定性变化，得到DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制系数取值的合理范围，改进PI控制参数，可解决超速控制和虚拟惯量控制系数取值超出范围时的频率振荡现象，并扩大超速控制和虚拟惯量控制系数的取值范围，即增加微电网的稳定裕量，进一步增强微电网小干扰稳定性。

【技术实现步骤摘要】
双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法
本专利技术涉及一种微电网控制技术，特别涉及一种基于特征值分析的双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法。
技术介绍
随着新能源利用技术的发展，尤其是风能、太阳能利用的高效性，我国的风力发电和光伏发电产业迅速发展，风电、光伏渗透率不断提高，含风电、光伏的微电网以其灵活、可控、充分利用微电源发电能力、提高电力系统的可靠性等优点，近年来受到了广泛关注。微电网既能并网运行，又能在大电网故障或计划检修时孤岛运行。微电网由于容量较小，孤岛运行时，失去大电网支撑，更易出现功率供需不平衡、频率失稳、振荡等问题，继而损害微电网安全稳定运行。因此孤岛模式下微电网的频率控制策略是微电网研究的关键问题。目前微电网控制方式主要有主从控制、对等控制和分层控制等。微电网内部大部分微电源通过电力电子装置并网，如双馈感应(doublyfedInductiongenerator，DFIG)风电机组通过背靠背变流器并网，双馈风机转子转速与微网系统解耦，转子转速不能响应频率变化，降低了微网惯性。DFIG风电机组转子含有较大的旋转动能，利用得当可使其参与微电网孤岛运行时的频率调整。目前研究人员主要提出了虚拟惯量控制、下垂控制、减载运行等方式使DFIG风电机组参与系统频率调整。近年来研究人员进一步提出了将多个调频手段联合应用的实例，如将虚拟惯量控制和桨距角减载联合用于风电机组的有功功率控制环节，与微电网中的柴油机调速器配合，共同参与孤岛模式下微电网频率协调控制。在一系列调频手段中，为了进一步充分利用风电机组的调频能力，技术人员对一系列调频控制的控制参数进行了研究，如使用试错法对基于虚拟惯量与超速控制协调的控制策略，在不同风速工况下进行参数分析，结合调频效果和安全性，制定不同风速对应的虚拟惯量控制系数和下垂控制系数。但有结论证明，风电机组加入虚拟惯量控制和超速减载控制时对电网特征根分布影响较大，但虚拟惯量控制和超速减载控制的哪个参数对特征根的分布造成怎样的影响还未清楚，对虚拟惯量控制和超速减载控制参数选取不当时引起的振荡问题还未很好的解决。若不考虑孤岛运行微电网安全稳定性要求，设置不合理的虚拟惯量控制、超速减载控制参数，将造成风电机组在低风速时过度调频，转子转速过低，危及风电机组安全稳定运行，进而损害微电网的安全稳定性，或高风速时不能充分利用转子动能进行调频，造成微电网频率动态响应特性恶化，加重微电网中其余微电源的调频压力。因此深入研究风电机组虚拟惯量控制、超速减载控制等频率控制环节，考虑微电网稳定性要求来整定控制参数对微电网的安全稳定运行具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术是针对双馈风机控制参数选取不当时引起振荡的问题，提出了一种双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，充分利用DFIG风电机组参与调频的能力，用以增强孤岛模式下微电网的频率稳定性和小干扰稳定性。本专利技术的技术方案为：一种双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，具体包括如下步骤：1)建立风光柴微电网模型，确定风电机组、柴油机共同参与孤岛模式微电网频率控制策略：柴油机配备调速器、自动调压器参与调频调压，DFIG风电机组控制系统由超速控制、虚拟惯量控制和桨距角控制组成，双馈风电机组采用超速控制获取一次有功备用参与一次调频，配备虚拟惯量控制增加风电机组等效惯量，参与暂态频率控制；对微电网模型线性化，建立小信号分析模型；2)使用小信号分析模型和动态时域仿真结果，研究柴油机调速器参数变化时微电网的特征值变化轨迹，找出反映微电网频率动态响应特性的一组典型特征根；3)分析DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制参数变化时，步骤2)所得典型特征值的变化轨迹规律，根据特征值轨迹判断微电网频率稳定性变化，得到兼顾系统调频效果和小干扰稳定性的DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制参数的合理选取范围；4)针对超速控制和虚拟惯量控制参数选取过大时，会产生的系统频率振荡问题，使用特征值分析方法，改进了DFIG风电机组有功功率控制系统中桨距角控制和转矩控制的两个PI参数，改善了典型特征值在复平面趋于不稳定的分布趋势，保证在扩大了超速控制和虚拟惯量控制参数可选取的范围同时，进一步增强了微电网的调频效果和小干扰稳定性。本专利技术的有益效果在于：本专利技术双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，得到DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制系数取值的合理范围，改进PI控制参数，可解决超速控制和虚拟惯量控制系数取值超出范围时的频率振荡现象，并扩大超速控制和虚拟惯量控制系数的取值范围，即增加微电网的稳定裕量，进一步增强微电网小干扰稳定性。最后在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中搭建微电网模型，通过动态时域仿真验证了本专利技术所提方法对提高微电网频率稳定性和小干扰稳定性的有效性。附图说明图1为本专利技术实施例的风光柴微电网仿真系统图；图2a为本专利技术柴油机调速器控制框图；图2b为本专利技术柴油机功频静特性曲线示意图；图3a为本专利技术调速器参数Kp取值不同时，系统状态矩阵A的特征值图；图3b为本专利技术调速器参数Kp取值不同时，微电网频率动态响应曲线图；图3c为本专利技术调速器参数Tp取值不同时，系统状态矩阵A的特征值图；图3d为本专利技术调速器参数Tp取值不同时，微电网频率动态响应曲线图；图3e为本专利技术调速器参数CPL取值不同时，系统状态矩阵A的特征值图；图3f为本专利技术调速器参数CPL取值不同时，微电网频率动态响应曲线图；图4a为本专利技术DFIG风电机组有功功率控制系统示意图；图4b为本专利技术DFIG风电机组超速控制图；图4c为本专利技术DFIG风电机组虚拟惯量控制框图；图5a为本专利技术微电网负荷变化时，不同Kpw取值时系统特征值对比图；图5b为本专利技术微电网负荷变化时，不同Kpw取值时频率动态响应曲线图；图6a为本专利技术虚拟惯量控制系数Kwi、时间常数Tlpwi、Twowi变化时典型特征根的计算结果图；图6b为本专利技术微电网受负荷扰动时不同Kwi取值时的频率动态响应曲线图；图7为本专利技术2个PI控制环节参数调试过程的特征值分布规律图；图8a为本专利技术超速控制参数Kpw＝80,其余控制参数取值不变,改进转矩控制参数Kpt＝10前后微电网受到负荷扰动时的频率动态响应曲线图；图8b为本专利技术虚拟惯量控制参数Kwi＝50,其余控制参数取值不变,改进转矩控制参数Kpt＝10前后微电网受到负荷扰动时的频率动态响应曲线图；图8c为本专利技术标示了Kpt＝10时，超速控制系数Kpw不同取值时典型特征值计算结果图；图8d为本专利技术标示了Kpt＝10时，虚拟惯量控制参数Kwi、Tlpwi和Twowi不同取值时典型特征值计算结果图；图9a为本专利技术标示了DFIG风电机组通过不同频率控制策略参与调频，在恒定风速Vw＝9m/s下微电网发生负荷突变时的频率动态响应曲线图；图9b为本专利技术标示了DFIG风电机组通过不同频率控制策略参与调频，在恒定风速Vw＝11m/s下微电网发生负荷突变时的频率动态响应曲线图；图9c为本专利技术标示了DFIG风电机组通过不同频率控制策略参与调频，在恒定风速Vw＝13m/s下微电网发生负荷突变时的频率动态响应曲线图。具体实施方式基于特征值分析法的双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，包括如下步骤：(1)建立风光柴微电网模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）建立风光柴微电网模型，确定风电机组、柴油机共同参与孤岛模式微电网频率控制策略：柴油机配备调速器、自动调压器参与调频调压，DFIG风电机组控制系统由超速控制、虚拟惯量控制和桨距角控制组成，双馈风电机组采用超速控制获取一次有功备用参与一次调频，配备虚拟惯量控制增加风电机组等效惯量，参与暂态频率控制；对微电网模型线性化，建立小信号分析模型；2）使用小信号分析模型和动态时域仿真结果，研究柴油机调速器参数变化时微电网的特征值变化轨迹，找出反映微电网频率动态响应特性的一组典型特征根；3）分析DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制参数变化时，步骤2）所得典型特征值的变化轨迹规律，根据特征值轨迹判断微电网频率稳定性变化，得到兼顾系统调频效果和小干扰稳定性的DFIG风电机组超速控制和虚拟惯量控制参数的合理选取范围；4）针对超速控制和虚拟惯量控制参数选取过大时，会产生的系统频率振荡问题，使用特征值分析方法，改进了DFIG风电机组有功功率控制系统中桨距角控制和转矩控制的两个PI参数，改善了典型特征值在复平面趋于不稳定的分布趋势，保证在扩大了超速控制和虚拟惯量控制参数可选取的范围同时，进一步增强了微电网的调频效果和小干扰稳定性。...

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机在微电网中的频率控制参数选取方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）建立风光柴微电网模型，确定风电机组、柴油机共同参与孤岛模式微电网频率控制策略：柴油机配备调速器、自动调压器参与调频调压，DFIG风电机组控制系统由超速控制、虚拟惯量控制和桨距角控制组成，双馈风电机组采用超速控制获取一次有功备用参与一次调频，配备虚拟惯量控制增加风电机组等效惯量，参与暂态频率控制；对微电网模型线性化，建立小信号分析模型；2）使用小信号分析模型和动态时域仿真结果，研究柴油机调速器参数变化时微电网的特征值变化轨迹，找出反映微电网频率动态响应特性的一组典型...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晶晶，左亮亮，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31