基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，包括以下步骤：监测风力发电机的角速度；判断风电机组的轴系部分是否出现扰动；根据风力机运行转速的大小判断风电机组是否处于最大功率运行区域，对应设置风力机的桨距角：判断风力发电机的角速度是否进入允许波动范围。本发明专利技术提供的基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，通过调节风力发电机的桨距角改变其输出的机械功率，能够减小两质块模型风电机组在动态过程中形成的不平衡功率，提高风电机组轴系柔性连接部件的耐受干扰能力，保证风电机组在系统扰动及大幅度功率调节过程中的轴系振荡稳定。

Stability control method of wind turbine double mass Shafting Based on virtual mass block

The invention discloses a wind turbine double mass block shafting stability control method based on virtual mass block, which comprises the following steps: monitoring the angular speed of wind turbine; judging whether the shafting part of wind turbine has disturbance; judging whether the wind turbine group is in the maximum power operation area according to the running speed of wind turbine, correspondingly setting the pitch angle of wind turbine: judging the wind power generation Whether the angular speed of the motor enters the allowable fluctuation range. By adjusting the pitch angle of the wind turbine to change the mechanical power output, the unbalanced power formed in the dynamic process of the two mass model wind turbine can be reduced, the interference tolerance ability of the flexible connecting parts of the wind turbine shafting can be improved, and the system disturbance and large scale of the wind turbine can be guaranteed The shafting oscillation is stable in the process of amplitude power regulation.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法
本专利技术涉及风电并网
，特别是涉及一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法。
技术介绍
随着新能源的接入比例日趋增大，国内外诸多学者研究了各种形式新能源的友好并网控制功能，为改善风电接入系统后电力系统的稳定运行特性，附加在风电并网逆变器之上的新型功率控制器得到广泛关注。但此类功率控制器在改善系统运行性能的同时，也伴随着风电机组的大幅度输出特性波动，对于风电机组而言，大范围的功率变化会对风电机组自身柔性轴产生冲击，甚至引起转速振荡失稳，危及机组安全运行。传统附加在风电机组最大功率跟踪控制之上的转速前馈补偿项以主动阻尼轴系扭振，但轴系稳定控制系数设置不当也会对系统动态稳定产生不利影响。因此，风电机组在动态过程中的功率调节，要确保对自身柔性连接轴的可靠阻尼，从而进一步规避各类优化控制器在实际推广应用中存在的风险。提升引入并网风电机组的稳定运行能力，将是实现高比例可再生能源友好并网功能得以完善的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，通过调节风力发电机的桨距角改变其输出的机械功率，能够减小两质块模型风电机组在动态过程中形成的不平衡功率，提高风电机组轴系柔性连接部件的耐受干扰能力，保证风电机组在系统扰动及大幅度功率调节过程中的轴系振荡稳定。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，该方法包括以下步骤：步骤1：基于虚拟质量块技术，建立风力机双质块轴系模型，将风力机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到风力发电机转子的转轴上；步骤2：监测风力发电机的角速度ωg；步骤3：判断风电机组的轴系部分是否出现扰动，即判断ωg与初始角速度ωg0之差|ωg-ωg0|是否大于临界稳定阈值ωc，如果是，则表示判断风电机组的轴系部分出现扰动，转向步骤4，否则转向步骤2；步骤4：根据风力机运行转速ωr的大小判断风电机组是否处于最大功率运行区域，当ωr在切入电速度ω0和进入转速恒定区时的电速度ω1之间，则表示风电机组处于最大功率运行区，此时根据公式(1)将风力机的桨距角设置为β1，如下：否则，根据式(2)将风力机的桨距角设置为β0，如下：式中，λ为叶尖速比，λ＝Rωr/v；R为风轮半径，v为风速；CPmax为最大风能利用系数；Δωr为风力机的转子角速度偏差；Hr_vic表示虚拟质量块控制系数，Pr0为风力机捕获的初始机械功率。步骤5：判断风力发电机的角速度ωg是否进入允许波动范围，即判断|ωg-ωg0|是否小于临界稳定阈值ωc，如果是，则结束控制过程，否则转向步骤4。可选的，所述基于虚拟质量块技术，建立风力机双质块轴系模型，将风力机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到风力发电机转子的转轴上，具体包括：建立风力机双质块轴系模型如下：其中，ωr为风力机运行转速，即风轮角速度，ωg为风力发电机的角速度；θ为轴系扭矩角，Hr和Hg分别为风力机和风力发电机的惯性时间常数，KS为轴系刚度系数，Pr0为风力机捕获的初始机械功率，kmax为风电机组的最大功率跟踪系数。可选的，所述步骤4还包括：通过调整风力机的桨距控制器实现对输出机械功率的调整，以等效改变风力机的惯性时间常数，则调节风力机桨距角产生的功率补偿量ΔPr为所需功率补偿量ΔPr由桨距角调节器提供，设风电机组的补偿功率变化率为P％，则：最大功率运行区，风电机组的补偿功率变化率为P％时，风能利用系数CPH可表示为：其中，最大风能利用系数CPmax可表示为：其中，CPmax为最大风能利用系数，对于特定的风力机，其最佳叶尖速比对应的最大风能利用系数是唯一的，可通过查找风能利用系数曲线确定最大风能利用系数CPmax，确定最佳叶尖速比和最大风能利用系数CPmax之后，可根据式(2)，设定桨距角参考值β0。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，通过监测风力机的转子转速信号，通过调节风力机桨距角改变其输出机械功率，实现对风力机惯性时间常数的灵活改变，能够减小两质块模型风电机组在动态过程中形成的不平衡功率，提高风电机组轴系柔性链接部件的耐受干扰能力，保证风电机组在大幅度风速波动及功率调节过程中的轴系动态稳定性；与传统轴系阻尼控制相比，由于实际工程中对风电机组轴系扭转角测量困难，本专利技术引入风力机的转速信号，能够灵活调整风机轴系的等值惯量，在不加装新的硬件设备的前提下，提高了风电机组阻尼轴系振荡的能力；该控制方法操作简单，控制参数少且易于整定，具有较强的适应性和可实施性，能够实现对风电机组安全稳定运行的可靠控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法流程图；图2是本专利技术实施例中含风电场的发电系统仿真拓扑结构图；图3是本专利技术实施例中风电机组电磁功率动态响应对比曲线；图4是本专利技术实施例中风力发电机转子转速动态响应对比曲线；图5是本专利技术实施例中风力发电机虚拟轴系稳定控制结构图；图中，SG1、第一同步发电机；SG2、第二同步发电机；DFIG、双馈风电机组；B1～B8、第一母线～第八母线；L1、第一负荷；L2、第二负荷；T1～T3、第一变压器～第三变压器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，通过调节风力发电机的桨距角改变其输出的机械功率，能够减小两质块模型风电机组在动态过程中形成的不平衡功率，提高风电机组轴系柔性连接部件的耐受干扰能力，保证风电机组在系统扰动及大幅度功率调节过程中的轴系振荡稳定。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法流程图，如图1所示，本专利技术提供的基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，包括以下步骤：步骤1：基于虚拟质量块技术，建立风力机双质块轴系模型，将风力机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到风力发电机转子的转轴上；步骤2：监测风力发电机的角速度ωg；步骤3：判断风电机组的轴系部分是否出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：基于虚拟质量块技术，建立风力机双质块轴系模型，将风力机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到风力发电机转子的转轴上；/n步骤2：监测风力发电机的角速度ω

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟质量块的风力机双质块轴系稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于虚拟质量块技术，建立风力机双质块轴系模型，将风力机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到风力发电机转子的转轴上；
步骤2：监测风力发电机的角速度ωg；
步骤3：判断风电机组的轴系部分是否出现扰动，即判断ωg与初始角速度ωg0之差|ωg-ωg0|是否大于临界稳定阈值ωc，如果是，则表示判断风电机组的轴系部分出现扰动，转向步骤4，否则转向步骤2；
步骤4：根据风力机运行转速ωr的大小判断风电机组是否处于最大功率运行区域，当ωr在切入电速度ω0和进入转速恒定区时的电速度ω1之间，则表示风电机组处于最大功率运行区，此时根据公式(1)将风力机的桨距角设置为β1，如下：



否则，根据式(2)将风力机的桨距角设置为β0，如下：



式中，λ为叶尖速比，λ＝Rωr/v；R为风轮半径，v为风速；CPmax为最大风能利用系数；Δωr为风力机的转子角速度偏差；Hr_vic表示虚拟质量块控制系数，Pr0为风力机捕获的初始机械功率。
步骤5：判断风力发电机的角速度ωg是否进入允许波动范围，即判断|ωg-ωg0|是否小于临界稳定阈值ωc，如果是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥宇，朱正振，付媛，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13