一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法，包括如下步骤：S1、建立双馈感应风机的有功功率输出模型，计算出风机的有功功率；S2、建立系统在频率波动情况下的风电场风机的最优转子电角速度模型；S3、基于步骤S2建立的最优转子电角速度模型，得出最优下垂控制增益与最优转子电角速度值之间的关系；S4、计算双馈感应风机的下垂控制回路的最优下垂控制增益。本发明专利技术建立了最优转子电角速度优化模型，通过最优转子电角速度设定提升其转子电角速度，制定最优下垂控制增益，可以在不启动桨叶角控制系统的情况下调节风电场有功输出水平，这样不但可以实现频率支撑的功能，而且可以实现风电场风能捕获的最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法
本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法。
技术介绍
近年来，可再生能源发展迅速。风电场大规模高渗透率并网过程中应用了大量电力电子转换器，解耦了风机转速与系统频率之间的关系，造成了电网惯量水平的下降，由此带来了一系列系统频率稳定性问题。下垂控制是双馈感应风机参与系统频率支撑的一种常用方法，为应对电力系统中过度发电事件，通常采用将系统功率差额通过下垂控制平均分配到每一台双馈感应风机，通过控制转子转速的提升以降低风机的功率输出水平，从而快速响应系统频率变化。这种控制方法中各风机采用相同的下垂增益，忽略了在风机尾流效应影响下，风机所处位置不同，其能够承担的功率下降差额能力并不均等，从而导致了风电场捕获风能的损失。在风电场参与系统频率支撑方面，上述双馈感应风机下垂控制回路中，采用相同下垂控制增益的方法极大的降低了风电场捕获风能的能力。公开号为CN109638860A的中国专利公开了“一种针对风电场过频干扰的双馈感应风机”，其采用的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、建立双馈感应风机的有功功率输出模型，计算出风机的有功功率；/nS2、建立系统在频率波动情况下的风电场风机的最优转子电角速度模型；/nS3、基于步骤S2建立的最优转子电角速度优化模型，得出最优下垂控制增益与最优转子电角速度值之间的关系；/nS4、计算双馈感应风机的下垂控制回路的最优下垂控制增益。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立双馈感应风机的有功功率输出模型，计算出风机的有功功率；
S2、建立系统在频率波动情况下的风电场风机的最优转子电角速度模型；
S3、基于步骤S2建立的最优转子电角速度优化模型，得出最优下垂控制增益与最优转子电角速度值之间的关系；
S4、计算双馈感应风机的下垂控制回路的最优下垂控制增益。


2.根据权利要求1所述的面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法，其特征在于，步骤S1中，建立双馈感应风机的有功功率输出模型具体包括如下：
对于双馈感应风机，当面临风速大于切入风速且低于切出风速时，风机从风中汲取的机械功率为：

（1）
公式（1）中，为空气密度，为风机的叶片半径，为叶尖速比，为桨距角，为风能利用系数且与桨距角和叶尖速比有关；
叶尖速比具体如下：

（2）
公式（2）中，为风机的转子电角速度，为风机的极对数；
根据风机的转子运动方程：

（3）
公式（3）中，为风机的有功功率，为风机的转动惯量；根据公式（3）可知，在风机稳态运行的情况下，转子电角速度变化量为0，在不考虑系统损耗的情况下，风机输出的有功功率为：

（4）
其中，

（5）
在风速不变和桨距角恒定的情况下，是关于转子电角速度的曲线，通过将该曲线利用多项式函数进行拟合，可得风机输出的有功功率为：

（6）
公式（6）中，为拟合的多项式最高次数，，为多项式拟合系数。


3.根据权利要求2所述的面向风电场频率支撑的最优下垂控制增益设计方法，其特征在于，步骤S2中，建立系统在频率波动情况下的风电场风机的最优转子电角速度模型具体包括如下：
当系统频率出现波动时，风机的转子电角速度发生变化，从而释放或吸收转子动能，提供虚拟惯量以支撑系统频率，对于某一风机，为提供虚拟惯量支撑，其在转子电角速度从变化为时，则转子动能的变化与风机为惯量支撑可提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪昊，戚佳金，张静，李宇骏，
申请(专利权)人：杭州电力设备制造有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33