一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，包括以下步骤：当风电并网后的电力系统在遭遇频率扰动事故时，双馈风机的有功输出瞬时增大，然后有功输出以转速的二次函数下降，直至双馈风机输出电磁功率与捕获的机械功率差趋近于零；随后双馈风机有功先随时间缓慢斜坡下降，然后维持恒定，直至与最大功率跟踪输出值相等，最后回到最大功率跟踪控制状态。本发明专利技术使双馈风机拥有更快的转速恢复速度，同时能最大程度地避免频率二次跌落问题，且在不同频率响应中均能有效提升频率跌落最低点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法
本专利技术涉及机电控制
，具体涉及一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法。
技术介绍
近年来，以双馈感应发电机(DFIG)为典型代表的变速风力发电机(WTG)，由于其先进的控制性能，已成为市面上应用最广泛的风力发电机。该机组通过转子侧接换流器实现对风电机组的变速恒频控制，捕获最大风能。然而，电力电子换流器使风机转速与电网频率解耦，其转子蕴藏的旋转动能不能有效释放，对电力系统的惯量几乎没有贡献，这将对频率稳定性产生不利影响。因此，如何让风电机组参与系统频率控制是维护电网安全稳定运行的关键。目前，主流的双馈风电机组频率控制方法主要包括两种：一类是通过转子超速运行或改变桨距角，让机组运行在减载状态以提供功率支撑，但风电机组长期减载运行时，将对系统的经济性产生影响。另一类是通过控制释放风电机组转子动能，在频率波动阶段为系统提供功率支撑，该方法可在基于风电机组转速调节范围大的优势充分调整有功输出，使得其具备一定的惯性响应能力。但由于控制过程仅建立有功-时间关系，忽略了转速的变化和机械功率的变化，因此容易造成转子动能过度释放。同时风机的惯性响应能力将会随着转速下降而减弱，导致频率恢复过程中后续有功不足，从而引起二次频率跌落现象。系统频率发生二次跌落时，将严重影响电能质量，影响甚至破坏各个部门的生产过程。同时对发电厂汽轮机造成较大危害，引起火电厂厂用机械的出力显著下降，从而导致发电机出力减少，功率更缺，使频率进一步下降，甚至造成频率崩溃现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，能使双馈风机拥有更快的转速恢复速度，同时能最大程度地避免频率二次跌落问题，且在不同频率响应中均能有效提升频率跌落最低点。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，包括以下步骤：步骤1)，在双馈风机中设置频率检测模块，当通过频率检测模块检测到电力系统的频率偏差及频率变化率达到设定启动阈值时，认定双馈风机发生扰动事故；步骤2)，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机提供电磁功率支撑，双馈风机输出电磁功率值为在扰动事故前的稳态值基础上瞬间增加一定值；在增加到定值的瞬间，使双馈风机输出电磁功率值在该输出定值的基础上调整为以转速的二次函数下降；步骤3)，当通过频率检测模块检测到双馈风机输出电磁功率与风机捕获的机械功率差逐渐减小到趋近于零时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机输出电磁功率以一定的速度随时间线性下降一定时间，随后保持不变；步骤4)，当某一时刻双馈风机的输出电磁功率与在该时刻转速下双馈风机处于最大功率跟踪控制时的输出电磁功率相等时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机切换至最大功率跟踪控制，完成余下转速恢复过程。按照上述技术方案，所述的步骤1)中，认定双馈风机发生扰动事故的条件为：检测到双馈风机的频率偏差和变化率达到设定启动阈值：|Δf|≥T1or|df/dt|≥T2式中，f为系统频率，Δf为系统频率偏差，T1和T2分别为频率偏差和变化率的启动阈值。按照上述技术方案，所述的步骤2)中，系统频率扰动时双馈风机提供的瞬时输出功率值PITLC＝PB＝P0+ΔPUP式中，P0为在扰动前双馈风机的输出功率稳态值，ΔPUP为一定值，PB为系统频率扰动瞬间时双馈风机提供的瞬时输出功率值，即双馈风机运行在工作点B时的输出电磁功率。按照上述技术方案，所述的步骤2)中，双馈风机输出电磁功率值在瞬间输出定值的基础上调整为以转速的二次函数下降是指式中，PITLC为双馈风机输出电磁功率，PB为系统频率扰动瞬间时双馈风机提供的瞬时输出功率值，即双馈风机运行在工作点B时的输出电磁功率；ωr0为系统未发生扰动时双馈风机的初始转子转速；ωrmin为双馈风机运行允许的最低转速；Pr_min为双馈风机采用最大功率跟踪控制、且运行在允许最低转速时的输出电磁功率。按照上述技术方案，在所述步骤3)中，双馈风机输出电磁功率与捕获的机械功率差逐渐减小到趋近于零是指：|PITLC-PMACH|＜5×10-4或|dωr/dt|＜5×10-4式中，PITLC为双馈风机输出电磁功率，PMACH为双馈风机捕获的机械功率差，ωr为双馈风机转子转速，t为时间。按照上述技术方案，在所述步骤3)中，一定的速度是指0.01～0.015pu/s，一定时间是指3～5秒。按照上述技术方案，双馈风机连接有控制系统，控制系统还与各可控开关和频率检测模块连接，控制系统通过频率检测模块检测双馈风机的状态，从而调节启动可控开关。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的改进转矩极限控制在转子减速阶段建立输出有功同转子转速之间的关系、在转子加速阶段考虑基于机械功率变化，可以消除转子动能过度释放的隐患；同时在转子转速较大时即开始缓慢降低骤增后的有功输出、并在增加转速阶段仍采用缓慢减小有功输出的方式以减小转速恢复阶段起始时刻不平衡功率的变化量，可以有效改善频率二次跌落现象，且能有效提升系统频率跌落最低点。附图说明图1是本专利技术提出的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法下双馈风机的输出功率随转速变化特性。图2是本专利技术提出的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法下双馈风机有功参考值曲线。图3是本专利技术提出的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法在双馈风机中实现的控制框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图1～图3所示，本专利技术提供的一个实施例中的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，包括以下步骤：步骤1)，在双馈风机中设置频率检测模块，当通过频率检测模块检测到电力系统的频率偏差及频率变化率达到设定启动阈值时，认定双馈风机发生扰动事故；步骤2)，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机提供电磁功率支撑，双馈风机输出电磁功率值为在扰动事故前的稳态值基础上瞬间增加一定值；在增加到定值的瞬间，使双馈风机输出电磁功率值在该输出定值的基础上调整为以转速的二次函数下降；步骤3)，当通过频率检测模块检测到双馈风机输出电磁功率与风机捕获的机械功率差逐渐减小到趋近于零时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机输出电磁功率以一定的速度随时间线性下降一定时间，随后保持不变；步骤4)，当某一时刻双馈风机的输出电磁功率与在该时刻转速下双馈风机处于最大功率跟踪控制时的输出电磁功率相等时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机切换至最大功率跟踪控制，完成余下转速恢复过程。进一步地，所述的步骤1)中，认定双馈风机发生扰动事故的条件为：检测到双馈风机的频率偏差和变化率达到设定启动阈值：|Δf|≥T1or|df/dt|≥T2式中，f为系统频率，Δf为系统频率偏差，T1和T2分别为频率偏差和变化率的启动阈值。进一步地，所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)，在双馈风机中设置频率检测模块，当通过频率检测模块检测到电力系统的频率偏差及频率变化率达到设定启动阈值时，认定双馈风机发生扰动事故；/n步骤2)，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机提供电磁功率支撑，双馈风机输出电磁功率值为在扰动事故前的稳态值基础上瞬间增加一定值；在增加到定值的瞬间，使双馈风机输出电磁功率值在该输出定值的基础上调整为以转速的二次函数下降；/n步骤3)，当通过频率检测模块检测到双馈风机输出电磁功率与双馈风机捕获的机械功率差逐渐减小到趋近于零时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机输出电磁功率以一定的速度随时间线性下降一定时间，随后保持不变；/n步骤4)，当某一时刻双馈风机的输出电磁功率与在该时刻转速下双馈风机处于最大功率跟踪控制时的输出电磁功率相等时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机切换至最大功率跟踪控制，完成余下转速恢复过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)，在双馈风机中设置频率检测模块，当通过频率检测模块检测到电力系统的频率偏差及频率变化率达到设定启动阈值时，认定双馈风机发生扰动事故；
步骤2)，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机提供电磁功率支撑，双馈风机输出电磁功率值为在扰动事故前的稳态值基础上瞬间增加一定值；在增加到定值的瞬间，使双馈风机输出电磁功率值在该输出定值的基础上调整为以转速的二次函数下降；
步骤3)，当通过频率检测模块检测到双馈风机输出电磁功率与双馈风机捕获的机械功率差逐渐减小到趋近于零时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机输出电磁功率以一定的速度随时间线性下降一定时间，随后保持不变；
步骤4)，当某一时刻双馈风机的输出电磁功率与在该时刻转速下双馈风机处于最大功率跟踪控制时的输出电磁功率相等时，调节双馈风机的可控开关，使双馈风机切换至最大功率跟踪控制，完成余下转速恢复过程。


2.根据权利要求1所述的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，认定双馈风机发生扰动事故的条件为：检测到双馈风机的频率偏差和变化率达到设定启动阈值：
|Δf|≥T1or|df/dt|≥T2
式中，f为系统频率，Δf为系统频率偏差，T1和T2分别为频率偏差和变化率的启动阈值。


3.根据权利要求1所述的基于双馈风电机组的改进转矩极限控制方法，其特征在于，所述的步骤2)中，系统频率扰动时双馈风机提供的瞬时输出功率值
PITLC＝PB＝P0+ΔPUP
式中，PITLC为双馈风机输出电磁功率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，刘涤尘，卿梦琪，刘福锁，吴雪莲，王玉，都念纯，胡本溪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42