大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)；实时判断电网频率是否在正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至变速控制模式。可见，本申请实现了风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；且使二者模式可实现光滑切换，实现了风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。

【技术实现步骤摘要】
大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统
本专利技术涉及大型风电机组控制领域，特别是涉及一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统。
技术介绍
目前，我国是全球风电规模最大、发展最快的国家，截至2016年底，我国新增风电装机容量2337万千瓦，累计装机达16873万千瓦，均为世界第一。预计到“十三五”末，全国风电装机将突破21000万千瓦。但是，随着局部电网风电渗透率不断增大，风能的波动性、随机性及风电特有运行特性已严重影响到电力系统的安全稳定运行。大型风电机组通常都通过变流器实现并网控制，这种控制方式对系统频率变化不做任何响应。因此，大型风电机组通常都不具备类似传统同步发电机的调频能力。随着风电渗透率不断增大，要求风电机组具备类似传统同步发电机的调频能力的需求也越来越迫切。现有技术中，大型风电机组的风轮惯量比较大，在电网频率发生波动时，采用虚拟惯量控制技术调节风轮转速，以实现风轮惯性能量的短时释放或吸收，可实现类似传统同步发电机的调频能力，甚至可以实现更好的调频效果。此外，大型风电机组通常采用变速变桨控制，在额定风速以下时，通过控制风轮转速以实现最大风能捕获。可见，如何解决大型风电机组虚拟惯量控制与实现最大风能捕获功能的变速控制之间的协调配合问题，是实现大型风电机组虚拟惯量控制的最核心技术难题。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法及系统，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间解耦；并且，本申请在虚拟惯量控制环的基础上加入转速优化控制环，使二者模式可实现光滑切换，实现了大型风电机组的虚拟惯量控制与变速控制之间的协调配合。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)。优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)。优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过比例积分PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，包括：检测模块，用于周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；判断模块，用于实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则执行虚拟惯量控制模块；若是，则执行变速控制模块；虚拟惯量控制模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；变速控制模块，用于退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。优选地，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述虚拟惯量控制模块包括：模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)；转矩控制子模块，用于利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制。优选地，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述虚拟惯量控制模块包括：模式进入子模块，用于进入虚拟惯量响应控制模式，获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；转矩求取子模块，用于根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)；转矩控制子模块，用于利用转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。

【技术特征摘要】
1.一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，包括：周期性检测风电机组，得到第n个控制周期的所述风电机组的电网频率f(n)、有功功率Pg(n)及发电机转速ωg(n)，其中，n为正整数；实时判断所述电网频率是否在预设正常运行频率范围内，若否，则进入虚拟惯量响应控制模式，根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)，并利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制；若是，则退出虚拟惯量响应控制模式，将Tgd(n)以一定斜率恢复至变速控制模式所对应的发电机期望转矩，以切换至所述变速控制模式。2.如权利要求1所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；根据关系式Pgd(n)＝Pg0+ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)。3.如权利要求2所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述根据f(n)、Pg(n)及ωg(n)，通过虚拟惯量控制环得到惯量响应环的发电机期望转矩Tgdr(n)的过程具体为：获取首次进入虚拟惯量响应控制模式时的有功功率初值Pg0，并将f(n)、Pg(n)及ωg(n)输入至虚拟惯量控制环，得到发电机输出功率变化量ΔPf(n)；根据关系式Pgd(n)＝Pg0-ΔPf(n)得到发电机期望输出功率Pgd(n)，并根据关系式得到发电机期望转矩Tgdr(n)。4.如权利要求3所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率低于所述正常运行频率范围的下限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmin、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tgdr(n)及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝0，其中，ωgmin为发电机最小的目标运行转速；根据ωgref(n)＝ωgmin求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过比例积分PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。5.如权利要求4所述的大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制方法，其特征在于，当所述电网频率高于所述正常运行频率范围的上限时，所述利用转速优化控制环得到发电机转矩Tgd(n)，实现虚拟惯量响应控制的过程具体为：设定发电机目标转速ωgref(n)＝ωgmax、发电机转矩Tgd(n)的上限Tgmax(n)＝Tmax及Tgd(n)的下限Tgmin(n)＝Tgdr(n)，其中，ωgmax为发电机最大的目标运行转速，Tmax为发电机额定转矩；根据ωgref(n)＝ωgmax求取转速偏差Δωg(n)＝ωg(n)-ωgref(n)，并将Δωg(n)经过PI控制器调节后得到发电机转矩Tgd(n)；将Tgd(n)输出至变流器以控制发电机的电磁力矩，在此过程中，对Tgd(n)的上限和下限进行对应幅值限制，并对Tgd(n)的变化斜率进行限制，以实现虚拟惯量控制。6.一种大型风电机组虚拟惯量控制的转速优化控制系统，其特征在于，包括：检测模块，用于周期性检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：应有，蔡军，朱重喜，杨靖，孙勇，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，张北运达风电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33