【技术实现步骤摘要】
风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备
本专利技术涉及风电机组虚拟惯量控制的
，尤其是指一种风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备。
技术介绍
随着国家对风力发电开发的大力支持，大量风电机组将接入电网,风电机组在接入电网的电源中占比越来越高。但风电机组均采用电力电子设备并网，与传统火力发电机组不同，不能给电网提供旋转惯量，使得电网缺乏备用惯量，导致出现2019年因为系统频率过低等严重的电网事故。电力系统惯量支撑能力缺乏极大的影响了电网的安全稳定运行，也限制了风力发电的发展与消纳。电网逐步提出风电机组具备模拟火力发电机组惯量调节能力即虚拟惯量能力要求。但风电机组出力由风电机组捕获的机械风能和转速决定，该模式下风电机组的转速与电网频率之间不存在直接耦合关系，无法实现模拟火力发电机组惯量支撑能力。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种风电机组虚拟惯量控制方法，采用该方法无需额外增加设备，利用风电机组自身的转动动能特性，可使风电机组具备虚...
【技术保护点】
1.一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)初始化状态：/n风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；/n2)虚拟惯量控制判断：/n进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；/n3)虚拟惯量控制目标功率计算：/n计算风电机组的虚拟惯量调节偏差值；/n4)动能调节值限幅控制：/n求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；/n5)虚拟惯量启动控制：/n通过风电机组的控制...
【技术特征摘要】
1.一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化状态：
风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组运行各变量；
2)虚拟惯量控制判断：
进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；
3)虚拟惯量控制目标功率计算：
计算风电机组的虚拟惯量调节偏差值；
4)动能调节值限幅控制：
求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；
5)虚拟惯量启动控制：
通过风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足进入虚拟惯量控制；
6)虚拟惯量控制：
给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时，进入虚拟惯量控制退出；
7)虚拟惯量控制退出：
在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP虚拟惯量、Mflag、T调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T调节计时为虚拟惯量控制持续时间。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：
在步骤1)中，风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P1、转速V、转矩T2及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T2为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P1为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时,再次进入初始化；
在步骤2)中，所述虚拟惯量控制判断执行如下过程：
2.1)判断风电机组是否如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP虚拟惯量＝0；其中，P10min为风电机组10mins平均发电有功功率值,PN为风电机组额定有功功率，为启动功率百分比；
2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)；其中，是否在死区范围内的判断方法如下：
当flow≤f≤fup，频率在死区范围内；
当或频率在死区范围外，进入有功调频；
其中，f为采集的电网同步频率值，flow为频率死区下限值，fup为频率死区上限值；
若或锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P0，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算；
在步骤3)中，所述虚拟惯量控制目标功率计算采用如下公式：
式中，TJ为模拟传统同步发电机惯性时间常数，fN为电网额定频率；
在步骤4)中，所述动能调节值限幅控制执行如下过程：
求取动能需求调节功率值ΔP动能需求：
ΔP动能需求＝(P0+ΔP虚拟惯量)-P1
计算动能调节能力的最大值ΔP动能能力max：
式中，T惯量剩余持续时间＝T调节最大允许运行时间-T调节计时，T调节最大允许运行时间由风电机组设计能力参数决定，T调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP动能能力max为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量,Vmin为最小并网转速；
动能能力饱和取值，ΔP动能能力max与factor*PN取最小值，公式如下：
ΔP动能max＝min(ΔP动能能力max,factor*PN)
式中，factor为饱和系数；
计算惯量调节能力的最小值ΔP动能能力min：
式中，ΔP动能能力min为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，Vmax为最大并网转速允许值；
动能能力饱和取值，ΔP动能能力min与factor*PN取最大值，公式如下：
ΔP动能min＝max(ΔP动能能力min,factor*PN)
判断ΔP动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：
P2＝P1+ΔP动能执行
式中，P2为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP动能执行为最终下发执行动能调节值；
在步骤5)中，所述虚拟惯量启动控制执行如下过程：
风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：
a、ΔP虚拟惯量≠0；
b、桨距角Angle1<1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；
c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；
d、转矩T1大于风电机组的发电机转矩最小值；
e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；
f、T调节计时≥T调节最大允许运行时间；
g、输入的目标功率值时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速Vmin；
以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；
在步骤6)中，所述虚拟惯量控制执行如下过程：
当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T1，转矩值T1需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值Tmax防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T1＝MIN(P1/V，Tmax)；
另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：
检测ΔT的值，ΔT为T1与T2的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T3＝T2；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T1>T2时,T3＝T1-T步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T1<T2时,T3＝T1+T步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T3给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；
当T调节计时≥T调节最大允许运行时间或flow≤f≤fup时，完成整个虚拟惯量控制，进入步骤7)的虚拟惯量控制退出。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述降功率动能限幅采用的公式为：ΔP动能执行＝max(ΔP动能min，ΔP动能需求)。
4.根据权利要求2所述的一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述升功率动能限幅采用的公式为：ΔP动能执行＝min(ΔP动能max，ΔP动能需求)。
5.一种风电机组虚拟惯量控制系统，其特征在于，包括初始化模块、虚拟惯量控制判断模块、虚拟惯量控制目标功率计算模块、动能调节值限幅控制模块、虚拟惯量启动控制模块、虚拟惯量控制模块和虚拟惯量控制退出模块；
所述初始化模块用于风电机组...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐彬伟，赵森，程慧，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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