基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法，包括：S1：建立包含双馈异步风力发电机的数学模型；S2：在平衡点处线性化含双馈异步风力发电机的电力系统数学模型；S3：引入虚拟惯量以及虚拟阻尼控制，改变虚拟惯量以及虚拟阻尼的控制参数的取值；S4：通过采用粒子群算法改变虚拟惯量以及虚拟阻尼。本发明专利技术通过改变电磁转矩，使双馈异步风力发电机的转子转速下降，将转子动能转化为电磁功率的，再通过电磁功率补充到系统的扰动功率缺额。而电磁功率的输出如通过自适应改变虚拟惯量与虚拟阻尼，实现对系统补充功率缺额，提高系统小干扰稳定性；同时改变扰动时到达稳定的速度，改善系统小干扰稳定的动态性能。改善系统小干扰稳定的动态性能。改善系统小干扰稳定的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法


[0001]本专利技术属于减少配发电机功率振荡
，尤其涉及一种基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，风电作为可再生清洁能源，在总发电比重中所占比逐年增高。为确保风电渗透率高的新型电力系统稳定运行，风力发电机组应该具有一定的频率支撑能力。如同步发电机，当系统受到小干扰时，同步发电机可以由转子的转动惯量及时补偿到小干扰造成的功率缺额。但是，双馈异步风力发电机(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)的有功功率输出与系统的频率变化率以及频率解耦，不会随系统小干扰的影响补偿系统的功率缺额。
[0003]近年来提出的利用系统的频率变化率或者频率变化量做输入量控制DFIG的有功输出已经一定程度上补偿系统的功率缺额，提高了系统的小干扰稳定性。但是传统控制算法不仅有一定的时间延迟，而且会延长小干扰时系统的调节时间，使得系统受到扰动后的动态性能变差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供了一种基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法，以解决或改善现有风力发电机输出功率容易受干扰、稳定性差的问题。
[0005]本专利技术的具体技术方案：一种基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法，该方法提出新的控制算法，即基于人工智能算法，自适应调整虚拟惯量与虚拟阻尼；该方法的主要步骤包括：
[0006]步骤S1：建立包含双馈异步风力发电机的数学模型；
[0007]步骤S2：在平衡点处线性化含双馈异步风力发电机的电力系统数学模型；
[0008]步骤S3：往所述电力系统数学模型引入虚拟惯量以及虚拟阻尼控制，改变虚拟惯量以及虚拟阻尼的控制参数的取值，获取不同取值下的振荡模态以及阻尼比的变化；
[0009]步骤S4：通过采用粒子群算法改变虚拟惯量以及虚拟阻尼；
[0010]步骤S5：通过控制算法计算得到的转自电压参考值经过脉冲宽度调制，驱动双馈异步风力发电机转子侧变流器的输出，实现对转子电流的控制，从而改变电磁功率，改变双馈异步风力发电机对电网系统的有功功率输出。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述数学模型的所述双馈异步风力发电机有功功率输出为：
[0012][0013]式中，P
m
为双馈风力异步发电机所获得的机械功率，P
e
为双馈风力异步发电机的电磁功率，H
DFIG
为双馈风力异步发电机的转动惯量系数，ω
r
为双馈异步风力发电机转子角速度。
[0014]将母线处所测量得到的和ω1‑
ω0作为输入量，对双馈异步风力发电机的有功输出在最大功率跟踪上进行修正，其表达式为：
[0015]P
opt
＝P
MPPT
+ΔP
[0016]式中，P
opt
为双馈异步风力发电机的输出功率，P
MPPT
为双馈风力异步发电机在最大功率跟踪下所发出的有功功率，ΔP为双馈异步风力发电机在受到扰动后额外发出的有功功率。
[0017]可以将双馈风力异步发电机的电磁功率作为输出量，通过引入和ω1‑
ω0的反馈量改变电磁功率P
e
，使双馈风力异步发电机的动能补偿到小干扰系统的功率缺额。其中，电磁功率表达式为：
[0018][0019]式中，P
e0
为双馈风机电磁功率的初始值，P
e
为此时刻双馈风机的电磁功率，H
eq
为等效的虚拟惯量，D
eq
为等效的虚拟阻尼，ω1为电网角频率，ω0为额定角频率。
[0020]进一步地，步骤S2中，在平衡点处线性化含双馈异步风力发电机的电力系统数学模型公式为：
[0021][0022]将母线处扰动后的状态变量与Δω1作为输入量，ΔP作为输出量，H
eq
为等效的虚拟惯量，D
eq
为等效的虚拟阻尼，即在原双馈异步风力发电机在最大功率跟踪的基础上改变风力发电机的有功输出。
[0023]进一步地，步骤S3中，所述改变虚拟惯量以及虚拟阻尼的控制参数的取值具体方法为：所述控制参数的取值应该满足安全需求所规定的频率变化率以及频率的范围；通过改变虚拟惯量与虚拟阻尼系数，获取不同取值下频率的阻尼比、超调量、调节时间等参数的变化。
[0024]进一步地，步骤S4中，通过采用粒子群算法改变虚拟惯量以及虚拟阻尼的具体方法为：通过改变每次粒子运动的方向以及速度，动态改变虚拟惯量与虚拟阻尼，改变每次震荡的峰值以及扰动后系统的调节时间。保证在频率减小且频率变化率减小的情况下，缩短调节时间，增强系统的小干扰稳定性。
[0025]进一步地，步骤S5中，所述控制算法具体为对双馈异步风力发电机的转子电流进行控制，按照磁链定向时，定子q轴磁链定子d轴磁链此时电磁转矩为：
[0026][0027][0028][0029]式中，T
e
表示为双馈风机的电磁转矩，n
p
表示为双馈风机的极对数，L
M
为双馈风机定转子之间的互感电感，L
s
为双馈风机的定子电感，L
r
为双馈风机的转子电感，为双馈风机定子d轴磁链，为双馈风机转子q轴磁链，为双馈风机定子d轴电流，为双馈风机定子q轴电流，为双馈风机转子d轴电流，为双馈风机转子q轴电流。
[0030]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过改变电磁转矩，使双馈异步风力发电机的转子转速下降，将转子动能转化为电磁功率的，再通过电磁功率补充到系统的扰动功率缺额。而电磁功率的输出如通过自适应改变虚拟惯量与虚拟阻尼，实现对系统补充功率缺额，提高系统小干扰稳定性；同时改变扰动时到达稳定的速度，改善系统小干扰稳定的动态性能。
附图说明
[0031]图1为本专利技术方法的流程图；
[0032]图2为双馈异步风力发电机的系统框图；
[0033]图3为虚拟惯量以及虚拟阻尼控制模块图；
[0034]图4为粒子群算法流程图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0037]还应当理解，在本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟惯量与虚拟阻尼的双馈风机有功输出控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立包含双馈异步风力发电机的数学模型；步骤S2：在平衡点处线性化含双馈异步风力发电机的电力系统数学模型；步骤S3：往所述电力系统数学模型引入虚拟惯量以及虚拟阻尼控制，改变虚拟惯量以及虚拟阻尼的控制参数的取值，获取不同取值下的振荡模态以及阻尼比的变化；步骤S4：通过采用粒子群算法改变虚拟惯量以及虚拟阻尼；步骤S5：通过控制算法计算得到的转自电压参考值经过脉冲宽度调制，驱动双馈异步风力发电机转子侧变流器的输出。2.根据权利要求1所述双馈风机有功输出控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述数学模型的所述双馈异步风力发电机有功功率输出为：式中，P
m
为双馈风力异步发电机所获得的机械功率，P
e
为双馈风力异步发电机的电磁功率，H
DFIG
为双馈风力异步发电机的转动惯量系数，ω
r
为双馈异步风力发电机转子角速度；将母线处所测量得到的和ω1‑
ω0作为输入量，对双馈异步风力发电机的有功输出在最大功率跟踪上进行修正，其表达式为：P
opt
＝P
MPPT
+ΔP式中，P
opt
为双馈异步风力发电机的输出功率，P
MPPT
为双馈风力异步发电机在最大功率跟踪下所发出的有功功率，ΔP为双馈异步风力发电机在受到扰动后额外发出的有功功率；将双馈风力异步发电机的电磁功率作为输出量，通过引入和ω1‑
ω0的反馈量改变电磁功率P
e
，使双馈风力异步发电机的动能补偿到小干扰系统的功率缺额，其中，电磁功率表达式为：式中，P
e0
为双馈风机电磁功率的初始值，P
e
为此时刻双馈风机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘默斯，孙志媛，郑琨，李明珀，熊莉，张翌晖，卢广陵，凌武能，胡弘，蒙宣任，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：