一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法技术

本发明专利技术公开了一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法，包括：确定风电机组捕获功率以及调频过程中转子转速的表达式；根据风电机组捕获功率及转子转速计算风电机组的有效储能；根据有效储能计算风电机组的等效虚拟惯量时间常数；当风电机组结束调频进入转速恢复阶段时，设置风电机组转速恢复阶段的功率参考值；基于等效虚拟惯性时间常数以及有功功率参考值设计风电机组参与调频全过程的控制策略。本发明专利技术基于风电机组的有效储能整定风电机组参与调频的比例控制系数与积分控制系数，不仅能够充分利用风电机组转子动能参与系统频率调节提高频率最低点，还能减小风机退出调频时频率的二次跌落，从而提升风电机组的频率响应能力。率响应能力。率响应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法


[0001]本专利技术属于风电机组频率调节
，具体涉及一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法。

技术介绍

[0002]随着电网中风能的渗透率不断提高，给电力系统的频率稳定性带来了一系列挑战。一方面，以变流器作为接口的风电机组的机械部分与电气部分相互解耦，缺乏与同步机类似的惯性支撑能力，导致大规模风电机组并网后电力系统的总体惯量下降；另一方面，风电机组等新能源机组出力具有随机性和波动性，且并网时通常采用最大功率控制而没有多余的备用功率参与系统的频率调节。因此，为减弱风电并网给电力系统带来的不利影响，许多国家最新发布的并网导则均要求并网风电场能够主动参与系统频率控制。
[0003]风电机组的惯量控制方法根据调频能量的来源可分为两类：功率备用控制和转子动能控制。功率备用控制主要可通过变桨控制和超速控制来实现，变桨控制[张冠锋，杨俊友，孙峰，等.基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略[J].电工技术学报，2017，32(22)：225
‑
232]是通过调节风电机组的桨距角来预备备用容量，当系统频率降低时通过调整桨距角增加风机有功输出来参与系统频率调节。超速控制[姜莹，边晓燕，李东东，等.基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究[J].电机与控制应用，2017，44(9)：118
‑
124]是通过调节风机转速使其工作在次优工作点以达到减载运行的目的，然而此类控制方法会使风电机组偏离最大功率点，不利于风电机组的经济运行。
[0004]转子动能控制又可分为基于频率响应的附加功率给定控制和虚拟同步控制，基于虚拟同步控制的控制方式目前还处于理论研究阶段，实际工况中风机还是运行在基于最大功率点跟踪控制的电流源型模式。
[0005]基于频率响应的附加功率给定控制[陈宇航，王刚，侍乔明，等.一种新型风电场虚拟惯量协同控制策略[J].电力系统自动化，2015，39(5)：27
‑
33]是指在风机的最大功率跟踪控制指令上，引入电网频率的比例和微分项叠加生成功率参考值，从而使得风电机组利用转子动能参与系统调频；但该种控制方法中控制参数的整定对风电机组的调频效果具有较大影响，若控制参数选取过大，则风机可能因为转速越限而退出调频；若控制参数选取过小，则风机的调频潜力不能够充分发挥。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法，以解决风电机组等新能源设备高比例接入下传统电网惯量减小频率稳定性降低的问题。
[0007]一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法，包括如下步骤：
[0008](1)计算调频阶段风电机组的等效虚拟惯性时间常数；
[0009](2)当风电机组结束调频阶段进入转速恢复阶段时，设置风电机组转速恢复阶段的有功功率参考值；
[0010](3)根据所述等效虚拟惯性时间常数以及有功功率参考值，设计风电机组参与频率响应全过程的控制策略。
[0011]进一步地，所述步骤(1)的具体实现方式如下：
[0012]1.1确定调频阶段风电机组捕获的机械功率表达式以及转子转速表达式；
[0013]1.2根据上述机械功率表达式以及转子转速表达式计算调频阶段风电机组的有效储能；
[0014]1.3根据所述有效储能计算调频阶段风电机组的等效虚拟惯性时间常数。
[0015]进一步地，所述步骤1.1中确定调频阶段风电机组捕获的机械功率表达式如下：
[0016][0017]其中：P
w
为调频阶段风电机组捕获的机械功率，a、b、c为拟合系数，ω
r
为风电机组的转子转速。
[0018]进一步地，所述步骤1.1中确定调频阶段风电机组的转子转速表达式如下：
[0019][0020]其中：ω
r
为调频阶段风电机组的转子转速，T
m
为风电机组的额定转矩，p为风电机组的极对数，J为风电机组的固有转动惯量，ω0为风电机组的初始转速，t表示时间。
[0021]进一步地，所述步骤1.2中计算调频阶段风电机组有效储能的方式如下：
[0022]ΔE0＝ΔE
k
+ΔE
D
[0023][0024]其中：ΔE0为调频阶段风电机组的有效储能，ΔE
k
为调频阶段风电机组的有效旋转动能，ΔE
D
为调频阶段风电机组捕获机械功率的变化量，ω
min
为风电机组的最低转速，P
w
(t)为调速过程中t时刻风电机组捕获的机械功率，P0为调速过程初始时刻风电机组捕获的机械功率，t
on
为风电机组调速过程的初始时刻，t
off
为风电机组调速过程的结束时刻。
[0025]进一步地，所述步骤1.3的具体实现方式为：首先将调频阶段转子转速ω
r
随时间t的变化关系表示为t＝f(ω
r
)，并将其代入至调频阶段风电机组捕获机械功率变化量ΔE
D
的表达式中，即：
[0026][0027]则：
[0028][0029]其中：f'(ω
r
)为f(ω
r
)的导数表达；
[0030]最后，计算调频阶段风电机组的等效虚拟惯性时间常数H
vir
＝ΔE0/P
N
，P
N
为风电机组的额定容量。
[0031]进一步地，所述步骤(2)中设置风电机组转速恢复阶段的有功功率参考值如下：
[0032]P
ref
＝k
sr
P
w
+(1
‑
k
sr
)P
mppt
，t＞t
off
[0033]其中：P
ref
为风电机组的有功功率参考值，P
mppt
为风电机组的最大功率追踪指令值，P
w
为调频阶段风电机组捕获的机械功率，k
sr
为权重系数，t表示时间，t
off
为风电机组调速过程的结束时刻。
[0034]进一步地，所述权重系数k
sr
的计算表达式如下：
[0035][0036]其中：ω
r
为调频阶段风电机组的转子转速，ω0为风电机组的初始转速，ω
min
为风电机组的最低转速。
[0037]进一步地，所述步骤(3)的具体实现方式为：在风电机组调频阶段，采用基于风电机组有效储能的变系数虚拟惯量控制策略，从而确定风电机组参与频率响应全过程中的有功功率参考值P
ref
如下：
[0038][0039][0040]其中：ΔP为附加有功功率设定值，P0为调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升频率响应能力的风电机组控制参数整定方法，包括如下步骤：(1)计算调频阶段风电机组的等效虚拟惯性时间常数；(2)当风电机组结束调频阶段进入转速恢复阶段时，设置风电机组转速恢复阶段的有功功率参考值；(3)根据所述等效虚拟惯性时间常数以及有功功率参考值，设计风电机组参与频率响应全过程的控制策略。2.根据权利要求1所述的风电机组控制参数整定方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方式如下：1.1确定调频阶段风电机组捕获的机械功率表达式以及转子转速表达式；1.2根据上述机械功率表达式以及转子转速表达式计算调频阶段风电机组的有效储能；1.3根据所述有效储能计算调频阶段风电机组的等效虚拟惯性时间常数。3.根据权利要求2所述的风电机组控制参数整定方法，其特征在于：所述步骤1.1中确定调频阶段风电机组捕获的机械功率表达式如下：其中：P
w
为调频阶段风电机组捕获的机械功率，a、b、c为拟合系数，ω
r
为风电机组的转子转速。4.根据权利要求2所述的风电机组控制参数整定方法，其特征在于：所述步骤1.1中确定调频阶段风电机组的转子转速表达式如下：其中：ω
r
为调频阶段风电机组的转子转速，T
m
为风电机组的额定转矩，p为风电机组的极对数，J为风电机组的固有转动惯量，ω0为风电机组的初始转速，t表示时间。5.根据权利要求4所述的风电机组控制参数整定方法，其特征在于：所述步骤1.2中计算调频阶段风电机组有效储能的方式如下：ΔE0＝ΔE
k
+ΔE
D
其中：ΔE0为调频阶段风电机组的有效储能，ΔE
k
为调频阶段风电机组的有效旋转动能，ΔE
D
为调频阶段风电机组捕获机械功率的变化量，ω
min
为风电机组的最低转速，P
w
(t)为调速过程中t时刻风电机组捕获的机械功率，P0为调速过程初始时刻风电机组捕获的机械功率，t
on
为风电机组调速过程的初始时刻，t
off
为风电机组调速过程的结束时刻。6.根据权利要求5所述的风电机组控制参数整定方法，其特征在于：所述步骤1.3的具体实现方式为：首先将调频阶段转子转速ω
r
随时间t的变化关系表示为t＝f(ω
r
)，并将其代入至调频阶段风电机组捕获机械功率变化量ΔE
D

【专利技术属性】
技术研发人员：伏祥运，宋家康，李强，吕振华，李光熹，岳付昌，朱立位，李红，王博，汪成根，唐伟佳，韩华春，张森，任比兴，邹小明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：