一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法及装置，包括：根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率；根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值；利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值；按照风电场中各风电机组的桨距角控制值和风电机组的功率控制值调节风电场中各风电机组的桨距角和功率；本发明专利技术综合风电场层面对风电机组采用一次调频控制和虚拟惯量控制相结合的控制策略，可以改善大规模风电并网系统的频率稳定性。

A coordinated control method and device of wind turbine primary frequency regulation and virtual inertia

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法及装置
本专利技术涉及新能源发电控制
，具体涉及一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法及装置。
技术介绍
风电机组转速与系统频率解耦，且风电机组正常运行于最大功率跟踪控制状态时，使风电机组无法响应电网频率变化，风电机组旋转动能被“隐藏”起来，无法帮助电网降低系统频率变化速率，风电机组亦不具备一次调频能力，使大规模风电并网系统的频率稳定性下降。风电机组可以利用机组自身旋转动能参与系统调频，以及附加频率响应控制的设计使机组具备虚拟惯量与一次调频能力，现有技术针对虚拟惯量与一次调频的协调控制方法主要是通过单台风电机组实现，缺乏对风电机组之间耦合特性及风电场整体综合能力的考虑。大规模风电机组之间耦合特性突出，在新能源发电响应系统频率变化时这种耦合特性将会产生不可忽视的影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法及装置，通过综合在风电机组层面与风电场层面协调快速虚拟惯量控制和慢速一次调频控制实现风电机组的频率响应，准确提高电网系统的稳定性。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法，其改进之处在于，包括：根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率；根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值；利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值；按照风电场中各风电机组的桨距角控制值和风电机组的功率控制值调节风电场中各风电机组的桨距角和功率。优选地，所述根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率，包括：按下式确定所述风电场一次调频控制的附加功率ΔP：ΔP＝K(fref-f-fΔ)式中，f为电网频率，K为比例系数，fref为参考频率，fΔ为电网频率死区。按下式确定各风电机组虚拟惯量控制的附加功率：式中，ΔPf,i为第i个风电机组虚拟惯量控制的附加功率，K′为微分系数，ωi为第i个风电机组的转速，d为微分符号，t为控制时刻，ωmin为风电机组转速的最小限值，ωmax为风电机组转速的最大限值，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。优选地，所述根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值，包括：基于所述风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数；获取所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值；将所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值分别输入两个PI控制器，获得各风电机组的功率参考值和桨距角参考值；利用所述各风电机组的桨距角参考值对所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值进行修正，获得各风电机组的桨距角控制值。进一步地，所述基于所述风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数，包括：按下式对风电场一次调频控制的附加功率进行修正：式中，ΔP为风电场一次调频控制的附加功率，ΔP′为修正后的风电场一次调频控制的附加功率，ΔPmax为风电场一次调频控制的附加功率的最大限值，ΔPmin为风电场一次调频控制的附加功率的最小限值；基于所述ΔP′，按下式确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率指令值：式中，PEfi为第i个风电机组一次调频控制的功率指令值，PEoi为第i个风电机组一次调频控制前的功率，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数；按下式确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数：式中，kfi为第i个风电机组一次调频控制的功率备用系数，koi为第i个风电机组一次调频控制前的功率备用系数，PEoi为第i个风电机组一次调频控制前的功率，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。进一步地，所述利用所述各风电机组的桨距角参考值对所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值进行修正，获得各风电机组的桨距角控制值，包括：按下式确定第i个风电机组的桨距角控制值βref,i：βref,i＝βi,0+βi式中，βi,0为第i个风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值，βi为第i个风电机组的桨距角参考值，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。优选地，所述利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值，包括：按下式确定第i个风电机组的功率控制值Pref,i：Pref,i＝Pi,0+ΔPi式中，Pi,0为第i个风电机组的功率参考值，ΔPi为第i个风电机组虚拟惯量控制的附加功率，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制装置，其改进之处在于，包括：第一确定单元，用于根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率；第二确定单元，用于根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值；第三确定单元，用于利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值；控制单元，用于按照风电场中各风电机组的桨距角控制值和风电机组的功率控制值调节风电场中各风电机组的桨距角和功率。优选地，所述第一确定单元，具体用于：按下式确定所述风电场一次调频控制的附加功率ΔP：ΔP＝K(fref-f-fΔ)式中，f为电网频率，K为比例系数，fref为参考频率，fΔ为电网频率死区。按下式确定各风电机组虚拟惯量控制的附加功率：式中，ΔPf,i为第i个风电机组虚拟惯量控制的附加功率，K′为微分系数，ωi为第i个风电机组的转速，d为微分符号，t为控制时刻，ωmin为风电机组转速的最小限值，ωmax为风电机组转速的最大限值，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。优选地，所述第二确定单元，具体用于：基于所述风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数；获取所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值；将所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值分别输入两个PI控制器，获得各风电机组的功率参考值和桨距角参考值；利用所述各风电机组的桨距角参考值对所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法，其特征在于，包括：/n根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率；/n根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值；/n利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值；/n按照风电场中各风电机组的桨距角控制值和风电机组的功率控制值调节风电场中各风电机组的桨距角和功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电机组一次调频与虚拟惯量协调控制方法，其特征在于，包括：
根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率；
根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值；
利用风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率对风电场中各风电机组的功率参考值进行修正，获得风电场中各风电机组的功率控制值；
按照风电场中各风电机组的桨距角控制值和风电机组的功率控制值调节风电场中各风电机组的桨距角和功率。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电网频率确定风电场一次调频控制的附加功率和风电场中各风电机组虚拟惯量控制的附加功率，包括：
按下式确定所述风电场一次调频控制的附加功率ΔP：
ΔP＝K(fref-f-fΔ)
式中，f为电网频率，K为比例系数，fref为参考频率，fΔ为电网频率死区。
按下式确定各风电机组虚拟惯量控制的附加功率：



式中，ΔPf,i为第i个风电机组虚拟惯量控制的附加功率，K′为微分系数，ωi为第i个风电机组的转速，d为微分符号，t为控制时刻，ωmin为风电机组转速的最小限值，ωmax为风电机组转速的最大限值，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组的功率参考值和桨距角控制值，包括：
基于所述风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数；
获取所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值；
将所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值和转速标准值分别输入两个PI控制器，获得各风电机组的功率参考值和桨距角参考值；
利用所述各风电机组的桨距角参考值对所述各风电机组一次调频控制的功率备用系数对应的桨距角标准值进行修正，获得各风电机组的桨距角控制值。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述风电场一次调频控制的附加功率确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数，包括：
按下式对风电场一次调频控制的附加功率进行修正：



式中，ΔP为风电场一次调频控制的附加功率，ΔP′为修正后的风电场一次调频控制的附加功率，ΔPmax为风电场一次调频控制的附加功率的最大限值，ΔPmin为风电场一次调频控制的附加功率的最小限值；
基于所述ΔP′，按下式确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率指令值：



式中，PEfi为第i个风电机组一次调频控制的功率指令值，PEoi为第i个风电机组一次调频控制前的功率，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数；
按下式确定风电场中各风电机组一次调频控制的功率备用系数：



式中，kfi为第i个风电机组一次调频控制的功率备用系数，koi为第i个风电机组一次调频控制前的功率备用系数，PEoi为第i个风电机组一次调频控制前的功率，i∈[1,N]，N为风电场中风电机组总数。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述各风电机组的桨距角参考值...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新首，迟永宁，李琰，刘超，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11