基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法技术

基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，包括步骤1、检测电网各高压母线节点频率和负荷功率，应用子空间算法辨识各节点惯量H

【技术实现步骤摘要】
基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法


[0001]本专利技术涉及风电并网电网频率安全稳定分析领域，具体涉及一种基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法。

技术介绍

[0002]风电大规模、高比例接入使电网惯量持续降低，电网动态频率特性将严重恶化。针对以上情况，风电虚拟惯量控制被认为是解决上述问题的有效手段，然而实施虚拟惯量控制对于风电场具有“对自身不利”与“存在责任”的双重博弈性。一方面，技术实施会对风电场产生几方面不利影响：1)风机偏离最佳转速和最大功率跟踪状态，降低发电经济性；2)所提供的惯量支持越大、动能释放越多，会伴随更长的转速恢复及扰动过程；3)风机转子转速频繁变化，引起轴系扭矩作用力，缩短机组寿命。风电场提供的惯量支撑强度越大、持续过程越长，上述不利影响就越突出。另一方面，风电场并网引起电网等效惯量不断削弱，应该通过实施虚拟惯量控制来承担补偿电网惯量的责任。因此，缺乏科学认定惯量削弱责任与相匹配惯量支撑强度的控制方法在风电场运营改造中难以推广实施，亟需探索研究一种能为控制技术推行和标准制定提供可靠理论依据的惯量控制方法。
[0003]考虑到电网动态频率特性恶化的根源在于风电等新能源并网引起的电网惯量削弱这一事实，若能探明风电场并网到底在多大程度上削弱了电网等效惯量，在频率扰动过程中，风电场又应该承担和补偿多大惯量支持最合适的关键问题，即可确立由惯量削弱量决定补偿量的风电场并网责任分担方式，并为虚拟惯量控制技术推行和标准制定提供可靠理论依据。

技术实现思路

>[0004]有鉴于此，对风电场并网引起的电网惯量削弱量进行定量计算，根据电网惯量削弱量确定风电场虚拟惯量补偿目标，厘清惯量补偿目标与控制参数的函数关系。本专利技术提出一种基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，该方法首先对风电并网惯量削弱量进行估计，其次根据风电并网惯量削弱量计算风电场惯量补偿量，厘清惯量补偿目标与控制参数的函数关系，最后通过动态调整关键控制参数来执行控制策略，以此来维护电网频率安全稳定。该方法对于适应大规模、高渗透率的风电并网电网频率安全稳定显著有效。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、风电并网惯量削弱量ΔH
eq,k
估计：
[0008]检测电网各高压母线节点频率和负荷功率，应用子空间算法辨识各节点惯量H
b,k
，计算电网聚合惯量H
eq(1),k
；进而得到风电场并网惯量削弱量ΔH
eq,k
；
[0009]步骤2、风电机组实时控制增益K
df
计算：
[0010]根据步骤1中得到的风电场并网惯量削弱量ΔH
eq,k
，求解出实施SFD惯量控制的风
电场虚拟惯量补偿量H
wf,k
；计算风电机组实时控制增益K
df
；
[0011]步骤3、根据频率变化率检测与阈值判断电力系统频率事故是否发生：
[0012]当发生时，采取K
df
动态设置方法，对K
av
.df(t)进行动态设置；若未发生，则设置K
df
＝0。
[0013]所述步骤1中，风电并网惯量削弱量ΔH
eq,k
是指风电场k并网导致电网等效惯量减少的值，其大小等于风电场k并网前电网等效惯量减去风电场k并网后电网等效惯量。
[0014]所述步骤1中，在含大规模风电的电力系统中，系统等效惯量可表示为：
[0015][0016]式中，m为风电场数，n为同步机组的台数；H
wf,i
，S
wf,i
分别是第i个风电场的等效惯量、并网容量；H
syn,j
，S
syn,j
分别是第j台同步机组的惯量、并网容量。在传统控制模式下，风电机组与电网频率解耦，对应风电场的等效惯量近似为0，存在：
[0017][0018]对接入系统的第k个风电场，在其并网、离网两种状态下的电网等效惯量分别为：
[0019][0020][0021]式中，下标1、0分别表示风电场并网、离网状态。则第k个风电场并网对电网惯量的削弱量为：
[0022][0023]由式(5)可知，当已知H
eq(1),k
，S
wf,k
，和时即可求得ΔH
eq,k
，其中S
wf,k
，为机组并网信息，易于获得，主要是如何求解H
eq(1),k
。原则上说，只要利用调度中心掌握的并网机组信息：容量、惯量，通过式(3)即可计算出H
eq(1),k
。然而，在实际运行中，存在大量分散的非调度机组，其并网信息并不被调度中心所掌握，无法直接应用式(3)计算出精确的电网惯量H
eq(1),k
。根据电网实时运行状态，利用运行数据信息辨识出H
eq(1),k
，再结合式(5)，求解ΔH
eq,k
是可行的方法。
[0024]子空间辨识算法是以输入输出数据为辨识基础的算法，该算法不需要通过极小化某个目标函数获取系统模型及其参数，而是通过各类矩阵运算对系统全状态空间模型进行直接处理，无需迭代运算，因此不存在收敛问题，数值鲁棒性好，可保证辨识结果的精确性。
[0025]H
eq(1),k
为风电场并网时的全网惯量，具体估计H
eq(1),k
时，可以高压母线节点为基本对象，先估计各节点的惯量H
b,k
，b＝1,2...B，B为全网中有电源接入的高压母线节点。
[0026]对任意的第b个节点，可将其等值为一台同步发电机组，对应的增量形式转子运动
方程为：
[0027][0028]式中，Δf
b
，ΔP
m,b
，ΔP
e,b
，D
b,k
分别为节点b的量测频率、等效机械功率增量、负荷功率增量、等效阻尼。
[0029]当估计出各节点惯量H
b,k
之后，利用下式求解H
eq(1),k
：
[0030][0031]式中，b为全网中有电源接入的高压母线节点，其中，b＝1,2...B；S
b,k
为节点b下接入的同步电源聚合容量。
[0032]对任意高压母线节点b及式(7)描述的等值机组，当出现负荷功率扰动ΔP
e,b
时，在等值机组惯量动态作用下，会产生对应的节点频率扰动Δf
b
。考虑机械功率作用时间较长，动态过程中ΔP
m,b
≈0。因此，存在以ΔP
e,b
为输入，Δf
b
为输出构成节点b的频率响应系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、检测电网各高压母线节点频率和负荷功率，应用子空间算法辨识各节点惯量H
b,k
，计算电网聚合惯量H
eq(1),k
；进而得到风电场并网惯量削弱量
△
H
eq,k
；步骤2、根据步骤1中得到的风电场并网惯量削弱量
△
H
eq,k
，求解出实施SFD惯量控制的风电场虚拟惯量补偿量H
wf,k
；计算风电机组实时控制增益K
df
；步骤3、根据频率变化率检测与阈值判断电力系统频率事故是否发生：当发生时，采取K
df
动态设置方法，对K
av.df
(t)进行动态设置；若未发生，则设置K
df
＝0。2.根据权利要求1所述基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，其特征在于：所述步骤1中，风电并网惯量削弱量ΔH
eq,k
是指风电场k并网导致电网等效惯量减少的值，其大小等于风电场k并网前电网等效惯量减去风电场k并网后电网等效惯量。3.根据权利要求1或2所述基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，其特征在于：所述步骤1中，当估计出各节点惯量H
b,k
之后，利用下式求解H
eq(1),k
：式中，b为全网中有电源接入的高压母线节点，其中，b＝1,2...B，B为节点总数，S
b,k
为节点b下接入的同步电源聚合容量；风电场k并网引起的电网惯量削弱量ΔH
eq,k
为：式中，m为风电场数，n为同步机组的台数；S
wf,i
为第i个风电场的并网容量；H
syn,j
，S
syn,j
分别是第j台同步机组的惯量、并网容量；H
eq(1),k
为风电场k并网时电网等效惯量；H
eq(0),k
为风电场k离网时电网等效惯量；应用子空间算法辨识各节点惯量H
b,k
，将H
b,k
代入式(7)，计算电网聚合惯量H
eq(1),k
；进而通过式(5)得到风电场并网惯量削弱量ΔH
eq,k
。4.根据权利要求1所述基于电网惯量削弱责任分担的风电场虚拟惯量补偿控制方法，其特征在于：所述步骤2中，风电场k并网引起的电网惯量削弱量ΔH
eq,k
与风电场k虚拟惯量补偿量H
wf,k
的关系为：式中，m为风电场数，n为同步机组的台数；S
wf,i
为第i个风电场的并网容量；S
syn,j
为第j台同步机组的并网容量；S
wf,k
为风电场k的并网容量；风电场k虚拟惯量补偿量H
wf,k
与风电机组实时控制增益K
df
之间的关系：
式中，H
wf,k
为风电场k的等效惯量；ω
nom
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世春，薛臻瑶，李惠子，程绪长，周沁，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：