基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法及系统技术方案

本公开属于风电调频技术领域，具体涉及一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法及系统，包括：根据双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况；基于所确定的备用运行工况，确定双馈风机的减载控制方式；根据所确定的减载控制方式，确定双馈风机的虚拟一次调频系数，分别分析虚拟同步控制下双馈风机的支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间的关系，得到极限虚拟转动惯量；根据所得到的不同减载控制方式下的极限虚拟转动惯量，确定不同风速下的极限虚拟转动惯量曲线，完成备用模式下虚拟同步控制双馈风机的功率平衡控制。的功率平衡控制。的功率平衡控制。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法及系统


[0001]本公开属于风电调频
，具体涉及一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]双馈风力发电机是风电领域的主力机型，双馈风力发电机的定子端直接与电网相连，转子侧则是通过背靠背PWM变换器与电网相连；其传统控制方法多为功率源控制策略，此种控制方法下的风电机组不具有同步发电机的惯量及阻尼特性，电网也因此面临系统等效惯量低、频率稳定性低等问题。风电领域的大部分停电事故是由于高比例风电系统的低惯量特性引发的。因此，需致力于研究如何提高双馈风机的频率响应能力。目前，关于双馈风机频率响应的相关研究大多数是针对双馈风机的功率源控制方法，其目的都是增强有功功率控制与频率的耦合关系，以实现风机的频率响应能力。双馈风机在备用模式下的有功备用控制可以解决转子动能控制无法进行长久支撑的问题，当前有功备用的控制方式有超速控制、桨距角控制及多种方式协调控制等，可使风机在正常运行的同时预留一部分功率以作为功率支撑所用；但是，未考虑其参数整定不合理将造成的功率不平衡问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本公开提出了一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法及系统，针对功率备用模式下的双馈风机，从能量平衡的角度出发，将风机的备用运行工况划分为仅超速控制、超速控制与桨距角控制协调配合以及仅桨距角控制三种，设计参数优化方案，实现备用模式下的全工况功率平衡控制，提高风电机组运行的安全稳定性。
[0005]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，采用如下技术方案：
[0006]一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，包括：
[0007]根据双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况；
[0008]基于所确定的备用运行工况，确定双馈风机的减载控制方式；
[0009]根据所确定的减载控制方式，确定双馈风机的虚拟一次调频系数，分别分析虚拟同步控制下双馈风机的支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间的关系，得到极限虚拟转动惯量；
[0010]根据所得到的不同减载控制方式下的极限虚拟转动惯量，确定不同风速下的极限虚拟转动惯量曲线，对控制参数进行鉴定，完成备用模式下虚拟同步控制双馈风机的功率平衡控制。
[0011]作为进一步的技术限定，所述双馈风机的备用运行工况包括超速控制减载状态、超速控制与桨距角控制协调配合的减载状态以及桨距角控制减载状态。
[0012]进一步的，在确定双馈风机的备用运行工况的过程中，通过判断双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况，具体为：
[0013]当风速低于第一风速阈值时，所述双馈风机不进行减载控制；
[0014]当风速处于第一风速阈值和第二风速阈值之间时，所述双馈风机采用超速控制减载；
[0015]当风速处于第二风速阈值和第三风速阈值之间时，所述双馈风机采用超速控制与桨距角控制协调配合减载；
[0016]当风速大于第三风速阈值时，所述双馈风机采用桨距角控制减载。
[0017]进一步的，当所述双馈风机处于超速控制减载状态时，双馈风机采用降速调频，风机通过降速的方式释放转子动能，风机降速时转子动能释放量减小，在虚拟同步控制下，双馈风机的能量释放增量与支撑调频能量均与虚拟转动惯量呈正比，分别获取支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间关系，得到能量释放增量曲线和支撑调频能量曲线；其中，所述能量释放增量曲线与所述支撑调频能量曲线交点处的虚拟转动惯量为极限虚拟转动惯量。
[0018]进一步的，当所述双馈风机处于超速控制与桨距角控制协调配合的减载状态时，双馈风机同时采用降速调频和减小桨距角调频，分别获取支撑调频能量和能量释放增量与转速之间关系，得到在最大功率跟踪点所对应的转速下的支撑调频能量曲线和能量释放增量曲线；其中，所述能量释放增量曲线与所述支撑调频能量曲线交点处的虚拟转动惯量为极限虚拟转动惯量。
[0019]进一步的，当所述双馈风机处于桨距角控制减载状态时，考虑功率稳定裕度和风捕捉功率，通过减小桨距角得到极限虚拟转动惯量。
[0020]作为进一步的技术限定，以风速大小为依据，整合所得到的不同减载控制方式下的极限虚拟转动惯量，得到不同风速的极限虚拟转动惯量曲线，完成备用模式下双馈风机的全工况功率平衡控制。
[0021]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制系统，采用如下技术方案：
[0022]一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制系统，包括：
[0023]确定模块，其被配置为根据双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况；基于所确定的备用运行工况，确定双馈风机的减载控制方式；
[0024]分析模块，其被配置为根据所确定的减载控制方式，确定双馈风机的虚拟一次调频系数，分别分析虚拟同步控制下双馈风机的支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间的关系，得到极限虚拟转动惯量；
[0025]控制模块，其被配置为根据所得到的不同减载控制方式下的极限虚拟转动惯量，确定不同风速下的极限虚拟转动惯量曲线，完成备用模式下虚拟同步控制双馈风机的功率平衡控制。
[0026]根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
[0027]一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法中的步骤。
[0028]根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
[0029]一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法中的步骤。
[0030]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0031]本公开将风机的备用运行工况划分为仅超速控制、超速控制与桨距角控制协调配合以及仅桨距角控制三种，提出了支撑调频能量以及能量释放增量的概念，定义极限虚拟转动惯量概念，得到不同风速下的极限虚拟转动惯量曲线，通过不同参数整定方法实现备用模式下虚拟同步控制双馈风机的功率平衡控制；验证了协调减载控制策略的有效性，可实现不同风速下的功率备用，同时其所采用控制方式与预期目标吻合；验证了从能量平衡角度使用参数优化整定方案实现功率平衡控制的可行性，同时仿真验证了参数整定不合理将导致的功率不平衡问题；对仅桨距角备用下的功率平衡控制进行了详细分析，对其风速区间的三种情况：临界状态、较低风速及高风速状态进行了具体讨论，利用仿真结果验证了其参数整定方案的准确性，实现了全备用工况下的功率平衡控制。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，其特征在于，包括：根据双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况；基于所确定的备用运行工况，确定双馈风机的减载控制方式；根据所确定的减载控制方式，确定双馈风机的虚拟一次调频系数，分别分析虚拟同步控制下双馈风机的支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间的关系，得到极限虚拟转动惯量；根据所得到的不同减载控制方式下的极限虚拟转动惯量，确定不同风速下的极限虚拟转动惯量曲线，完成备用模式下虚拟同步控制双馈风机的功率平衡控制。2.如权利要求1中所述的一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，其特征在于，所述双馈风机的备用运行工况包括超速控制减载状态、超速控制与桨距角控制协调配合的减载状态以及桨距角控制减载状态。3.如权利要求2中所述的一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，其特征在于，在确定双馈风机的备用运行工况的过程中，通过判断双馈风机所处环境的风速大小，确定双馈风机的备用运行工况，具体为：当风速低于第一风速阈值时，所述双馈风机不进行减载控制；当风速处于第一风速阈值和第二风速阈值之间时，所述双馈风机采用超速控制减载；当风速处于第二风速阈值和第三风速阈值之间时，所述双馈风机采用超速控制与桨距角控制协调配合减载；当风速大于第三风速阈值时，所述双馈风机采用桨距角控制减载。4.如权利要求2中所述的一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，其特征在于，当所述双馈风机处于超速控制减载状态时，双馈风机采用降速调频，风机降速时转子动能释放量减小，在虚拟同步控制下，双馈风机的能量释放增量与支撑调频能量均与虚拟转动惯量呈正比，分别获取支撑调频能量和能量释放增量与虚拟转动惯量之间关系，得到能量释放增量曲线和支撑调频能量曲线；其中，所述能量释放增量曲线与所述支撑调频能量曲线交点处的虚拟转动惯量为极限虚拟转动惯量。5.如权利要求2中所述的一种基于虚拟同步控制的双馈风机功率平衡控制方法，其特征在于，当所述双馈风机处于超速控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁磊，黎鹏程，董明明，王志军，孟文超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：