一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统，首先根据风电并网系统频率响应特性提出风机虚拟惯量评估方法；其次，建立风电高渗透系统的频率响应简化模型并计算变频极值时间；接着，根据风机的初始转速确定风机的运行状态约束；然后根据变频极值时间约束和运行状态约束评估出风机在变频极值时间内的转速变化量范围和虚拟惯量范围。该方法可对风机虚拟惯量在变频极值时间内进行量化评估。本发明专利技术提供的一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，可评估出不同初始转速下风机在变频极值时间内转速变化量得到风机的虚拟惯量范围，为风机频率响应提供可靠的惯性支撑数据。惯性支撑数据。惯性支撑数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及新能源高渗透电力系统惯量评估
，尤其涉及一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统。

技术介绍

[0002]风机通过附加控制可具备与同步机类似的惯性响应能力，但与同步机的固有惯量恒定不同，通过附加控制虚拟出的转动惯量不仅取决于风机的固有惯量、初始转速及控制参数，并且与系统频率变化密切相关，导致其特性复杂多变，但也更加灵活可控。当前，风机的虚拟惯量评估较为困难，目前尚须探讨。由于初始风速决定了风机的动能储备，而风机转速又会同时受到功率跟踪控制、附加惯性控制及系统频率特性影响，导致虚拟惯性始终处于动态变化之中，不仅量化较为复杂，且存在运行风险。因此，急需一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统，通过合理的时间尺度，约束多源变量，完成风机虚拟惯量评估。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法及系统，可根据变频极值时间和风机运行状态约束评估出风机在不同初始转速下所具有的转速变化量范围和虚拟惯量范围。
[0004]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，包括以下步骤：
[0005]获取风电并网系统的变频极值时间，其中，变频极值时间用于表示系统遭受扰动后，频率由初始值跌落或抬升至频率偏差达到最大值经历的时间；
[0006]根据风机的初始转速，通过获取风机在动能储备约束下的第一最大转速变化量，以及风机在风机功率约束下的第二最大转速变化量，生成风机的最大转速变化量；
[0007]基于最大转速变化量，通过变频极值时间，对风机进行虚拟惯量评估，生成风机的最大惯性时间常数。
[0008]优选地，在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，通过获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应，生成风机的风电高渗透系统受到功率扰动后的第二频率响应；
[0009]在不考虑风机惯性响应的前提下，将系统功率扰动等效成阶跃扰动，获取变频极值时间。
[0010]优选地，在生成第二频率响应的过程中，第二频率响应的表达式为：
[0011][0012]其中，ΔP
d
为负荷突增，ΔP
w
为风机功率响应信号，G(t)为功率响应信号和频率响应信号之间的传递函数，b、c、w、ζ、为计算参数，k为风电渗透率，K
L
为负荷调节系数，σ为调差系数，D为系统阻尼系数，t为频率响应时间；
[0013]计算参数表示为：
[0014][0015]优选地，在获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应的过程中，第一频率响应的表达式为：
[0016][0017]其中，ΔP
m
为同步机功率响应信号；ΔP
L
为负荷功率响应信号；H为系统惯性时间常数，Δf表示频率偏差。
[0018]优选地，在获取同步机功率响应信号的过程中，同步机功率响应信号表示为：
[0019][0020]其中，a为涡轮机特征系数，T为涡轮机等值惯性时间常数，Δf为频率偏差。
[0021]优选地，在获取系统惯性时间常数的过程中，系统惯性时间常数取决于系统容量及风电渗透率，表示为：
[0022][0023]式中，H
g
为同步机惯性时间常数；S
g
为同步机装机容量；S
B
为系统总容量。
[0024]优选地，在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，变频极值时间tf
m
表示为：
[0025][0026]优选地，在获取最大转速变化量的过程中，动能储备约束表示为：
[0027][0028]式中，ΔE
kwmax
为风机动能储备；ω
r0
为风机惯性响应前的初始转速；ω
min
、ω
max
分别为风机稳定运行的允许最低转速、最高转速，通常取值为0.7pu和1.2pu；
[0029]在动能储备约束下，第一最大转速变化量Δω
rmax1
表示为：
[0030][0031]其中，Δω
r
为风机转速变化量；
[0032]风机功率约束表示为：
[0033][0034]式中，P
n
为风机额定功率；P
min
为风机稳定运行的最小转速对应的功率；P
opt
为MPPT控制下的风机有功输出功率；k
opt
为最大功率跟踪系数；ω
r0
为风机初始转速；ω
min
为风机稳定运行的允许最低转速；ΔP
d
为功率扰动；
[0035]在风机功率约束下，第二最大转速变化量Δω
rmax2
表示为：
[0036][0037]式中，k
opt
为最大功率跟踪系数；ω
r0
为风机初始转速；P
n
为风机额定功率；H
w
为风机固有惯性时间常数。
[0038]优选地，在获取风机的最大惯性时间常数的过程中，最大惯性时间常数H
vir
表示为：
[0039][0040]式中，λ
opt
为最优叶尖速比；v为实时风速；R为风轮半径，ω
max
为风机稳定运行允许最大转速；v
min
为切入风速；v
max
为桨距控制启动前的最大风速。
[0041]本专利技术公开了一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估系统，用于对风机的虚拟惯量在变频极值时间内进行量化评估，包括：
[0042]变频极值时间生成模块，用于获取风电并网系统的变频极值时间，其中，变频极值时间用于表示系统遭受扰动后，频率由初始值跌落或抬升至频率偏差达到最大值经历的时间；
[0043]最大转速变化量生成模块，用于根据风机的初始转速，通过获取风机在动能储备约束下的第一最大转速变化量，以及风机在风机功率约束下的第二最大转速变化量，生成风机的最大转速变化量；
[0044]评估模块，用于基于最大转速变化量，通过变频极值时间，对风机进行虚拟惯量评估，获取风机的最大惯性时间常数。
[0045]本专利技术公开了以下技术效果：
[0046]本专利技术实现了对风机虚拟惯量在变频极值时间内进行量化评估，填补了本领域的技术空白。
附图说明
[0047]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1是本专利技术实施例基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法的流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：获取风电并网系统的变频极值时间，其中，所述变频极值时间用于表示系统遭受扰动后，频率由初始值跌落或抬升至频率偏差达到最大值经历的时间；根据所述风机的初始转速，通过获取所述风机在动能储备约束下的第一最大转速变化量，以及所述风机在风机功率约束下的第二最大转速变化量，生成所述风机的最大转速变化量；基于所述最大转速变化量，通过所述变频极值时间，对所述风机进行虚拟惯量评估，生成所述风机的最大惯性时间常数。2.根据权利要求1所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，通过获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应，生成所述风机的风电高渗透系统受到功率扰动后的第二频率响应；在不考虑风机惯性响应的前提下，将系统功率扰动等效成阶跃扰动，获取所述变频极值时间。3.根据权利要求2所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在生成所述第二频率响应的过程中，所述第二频率响应的表达式为：其中，ΔP
d
为功率扰动信号，ΔP
w
为风机功率响应信号，G(t)为功率响应信号和频率响应信号之间的传递函数，b、c、w、ζ、为计算参数，k为风电渗透率，K
L
为负荷调节系数，σ为调差系数，D为系统阻尼系数，t为频率响应时间。所述计算参数表示为：4.根据权利要求3所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取同步机、风机以及负荷的第一频率响应的过程中，所述第一频率响应的表达式为：其中，ΔP
m
为同步机功率响应信号；ΔP
L
为负荷功率响应信号；H为系统惯性时间常数，Δf表示频率偏差。5.根据权利要求4所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取同步机功率响应信号的过程中，所述同步机功率响应信号表示为：其中，K
L
为负荷调节系数；a为涡轮机特征系数，T为涡轮机等值惯性时间常数，Δf为频
率偏差。6.根据权利要求5所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取系统惯性时间常数的过程中，所述系统惯性时间常数取决于系统容量及风电渗透率，表示为：式中，H
g
为同步机惯性时间常数；S
g
为同步机装机容量；S
B
为系统总容量。7.根据权利要求6所述一种基于变频极值时间的风机虚拟惯量评估方法，其特征在于：在获取风电并网系统的变频极值时间的过程中，所述变频极值时间tfm表示为：8.根据权利要求7所述一种基于变...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥宇，金召展，付媛，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：