减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法技术

本发明专利技术涉及一种减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，属于风电机组技术领域。本发明专利技术包括：在直驱风电机组直流侧配置超级电容基础上，提出一种直驱风电机组转子和所配置超级电容协调的虚拟惯量优化控制方法，包括转子惯量控制和超级电容惯量控制两个控制环节，两个环节的输入均为系统频率变化率，经虚拟惯量系数子环节后，输出虚拟惯量控制的总有功功率参考值，分别输出转子惯量控制环节和超级电容惯量控制环节的有功功率参考值，两个有功功率参考值分别由直驱风电机组机侧变流器和超级电容DC

【技术实现步骤摘要】
减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法


[0001]本专利技术属于风电机组
，涉及减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法。

技术介绍

[0002]电力系统中风电穿透率持续攀升，由此带来了系统惯性降低、调频能力减弱等问题。为此，风电并网标准提出了支撑电网的要求，而将虚拟惯量控制技术应用于风电机组是风电支撑电网的有力技术方案之一。
[0003]然而，虚拟惯量控制下，系统频率扰动引起直驱风电机组转子动能瞬时变化，从而导致塔筒侧向出现显著冲击载荷，且其与直驱风电机组出力大小呈正比关系。如何减缓频率扰动下虚拟惯量控制过程中转子动能突变所致风电机组冲击载荷，将是实现双碳目标的又一关键问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，在提升直驱风电机组惯量支撑能力的同时，有效减缓频率扰动下虚拟惯量控制过程中转子动能突变所致塔筒冲击载荷。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，该方法包括根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，转子惯量控制和超级电容惯量控制；
[0007]所述转子惯量控制和超级电容惯量控制的输入均为系统频率变化率所述转子惯量控制和超级电容惯量控制的输入均为系统频率变化率经虚拟惯量系数H
IR
子环节后，输出虚拟惯量控制的总有功功率参考值，所述总有功功率参考值经过协调系数c1、c2子环节后，分别输出转子惯量控制环节和超级电容惯量控制环节的有功功率参考值，两个有功功率参考值分别由直驱风电机组机侧变流器和超级电容DC
‑
DC变换器控制执行；
[0008]转子惯量控制环节输出的有功功率参考值P
IR
和超级电容惯量控制环节输出的有功功率参考值P
E
分别为：
[0009][0010]式中，P
IR
为虚拟惯量优化控制下转子惯量控制环节输出的有功功率参考值，H
IR
为直驱风电机组的虚拟惯量系数，P
E
为虚拟惯量优化控制下超级电容惯量控制环节输出有功功率参考值；
[0011]所述协调系数c1、c2由状态机控制环节根据信号给出，用于协调虚拟惯量控制过程中直驱风电机组转子动能和超级电容电能分配。
[0012]可选的，所述根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，具体为：
[0013]若直驱风电机组在虚拟惯量控制动作前的转速为额定转速ω
N
，且在虚拟惯量控制过程中的最低转速为0.9
×
ω
N
，则直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的转子动能最大为E
pmax
：
[0014][0015]式中：E
pmax
为直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的最大转子动能，J是直驱风电机组风轮与转子的整体转动惯量，ω
N
为直驱风电机组的额定转速，P
N
为直驱风电机组的额定功率，T
S
为常规虚拟惯量控制环节的惯量支撑时间；
[0016]虚拟惯量优化控制中超级电容所能释放的能量应不低于直驱风电机组所能释放的转子动能：
[0017]W
ESS
＝P
ESS
·
t≥E
pmax
＝0.085P
N
T
S
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]式中：W
ESS
为超级电容储能的容量，P
ESS
为超级电容储能的功率容量，t为超级电容储能虚拟惯量优化控制环节的惯量支撑时间；
[0019]设t与T
S
相同，有：
[0020]P
ESS
≥0.085P
N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]同时电力系统稳定运行要求风电惯量支撑时间不超过10s，按照最大支撑时间10s计算，并考虑一定容量裕度，则超级电容储能的容量设置为：
[0022]W
ESS
＝0.1P
N
×
10s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。
[0023]可选的，所述协调系数c1、c2由状态机控制环节根据信号给出，用于协调虚拟惯量控制过程中直驱风电机组转子动能和超级电容电能分配，具体为：
[0024]状态机控制环节的具体工作状态如下：
[0025]若则状态机工作于初始状态Mode1，此时c1＝1并且c2＝0；
[0026]若则状态机由Mode1切换为Mode2，此时c1＝0.8，c2＝0.2；
[0027]若则状态机由Mode2切换为Mode3，此时c1＝0.7，c2＝0.3；
[0028]若则状态机由Mode3切换为Mode4，此时c1＝0.6，c2＝0.4；
[0029]其中，M1、M2和M3为状态切换临界值。
[0030]本专利技术的有益效果在于：能在提升直驱风电机组惯量支撑能力的同时，有效降低虚拟惯量控制下直驱风电机组的冲击载荷，对提高大型并网风电机组机械可靠性和以新能源为主体新型电力系统运行安全稳定性具有重要意义。
[0031]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并
且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0033]图1为本专利技术实施例的虚拟惯量优化控制框图；
[0034]图2为本专利技术实施例中虚拟惯量优化控制的状态机控制框图；
[0035]图3为接入风电场的两区四机系统
[0036]图4为本专利技术实施例中不同控制方式的电网频率曲线；
[0037]图5为本专利技术实施例中系统频率冲击扰动下不同控制方式的直驱风电机组塔筒侧向载荷曲线。
具体实施方式
[0038]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，其特征在于：该方法包括根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，转子惯量控制和超级电容惯量控制；所述转子惯量控制和超级电容惯量控制的输入均为系统频率变化率所述转子惯量控制和超级电容惯量控制的输入均为系统频率变化率经虚拟惯量系数H
IR
子环节后，输出虚拟惯量控制的总有功功率参考值，所述总有功功率参考值经过协调系数c1、c2子环节后，分别输出转子惯量控制环节和超级电容惯量控制环节的有功功率参考值，两个有功功率参考值分别由直驱风电机组机侧变流器和超级电容DC
‑
DC变换器控制执行；转子惯量控制环节输出的有功功率参考值P
IR
和超级电容惯量控制环节输出的有功功率参考值P
E
分别为：式中，P
IR
为虚拟惯量优化控制下转子惯量控制环节输出的有功功率参考值，H
IR
为直驱风电机组的虚拟惯量系数，P
E
为虚拟惯量优化控制下超级电容惯量控制环节输出有功功率参考值；所述协调系数c1、c2由状态机控制环节根据信号给出，用于协调虚拟惯量控制过程中直驱风电机组转子动能和超级电容电能分配。2.根据权利要求1所述的减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，其特征在于：所述根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，具体为：若直驱风电机组在虚拟惯量控制动作前的转速为额定转速ω
N
，且在虚拟惯量控制过程中的最低转速为0.9
×
ω
N
，则直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的转子动能最大为E
pmax
：式中：E
pmax
为直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的最大转子动能，J是直驱风电机组风轮与转子的整体转动惯量，ω
N
为直驱风电机组的额定转速，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，李东翰，贾勇，蒋东荣，雷显帅，邓宇亮，叶明川，郭强，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：