一种基于可变系数的一次调频控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可变系数的一次调频控制方法及系统，包括以下步骤：对初始惯性系数进行整定并确定下垂系数，使初始惯性系数随风速自适应变化；在转子减速阶段，根据风机当前释放的转子动能的大小，自适应调整当前的惯性系数和下垂系数，当频率最小时，减小当前的惯性系数至0，进入转子转速恢复阶段；在转子转速恢复阶段，惯性系数保持为0，下垂系数逐渐减小，直至转子转速恢复阶段结束；当转子转速恢复阶段结束时，风机进入最大功率运行阶段，惯性系数和下垂系数恢复至初始值，风机回到起始运行状态，一次调频结束，以解决现有技术在转子减速阶段的欠速脱网问题与转速恢复阶段的二次跌落问题

【技术实现步骤摘要】
一种基于可变系数的一次调频控制方法及系统


[0001]本专利技术属于调频控制
，涉及一种基于可变系数的一次调频控制方法及系统
。

技术介绍

[0002]在海上风电系统中，由于风电机组通过电力电子设备并网，而电力电子设备采用解耦控制方式，因此风电无法参与系统调频，导致系统惯性越来越低，近年来多个地区就出现了因电网惯量不足而导致停电的事故
。
这类停电事故是由于新能源占比过高，当电力系统频率发生快速跌落时，系统没有足够的惯性导致的，其中，频率变化率
(Rate of Change of frequency,ROCOF)
和频率最低点
(Frequency Nadir,FN)
等都大大超过了系统频率控制措施的响应极限，最终导致全网解列
。
[0003]电力系统转型遇到新的挑战，因此，寻找合适的控制策略使海上风电系统参与系统调频，是能源体系转型之路上亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中转子减速阶段的欠速脱网问题与转速恢复阶段的
SFD
的问题，提供一种基于可变系数的一次调频控制方法及系统
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种基于可变系数的一次调频控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1
：对初始惯性系数进行整定并确定下垂系数，使初始惯性系数随风速自适应变化；
[0008]S2
：在转子减速阶段，根据风机当前释放的转子动能的大小，自适应调整当前的惯性系数和下垂系数，当频率最小时，令当前的惯性系数减小至0，进入转子转速恢复阶段；
[0009]S3
：在转子转速恢复阶段，惯性系数保持为0，下垂系数逐渐减小，直至转子转速恢复阶段结束；
[0010]S4
：当转子转速恢复阶段结束时，风机进入
MPPT
阶段，惯性系数和下垂系数恢复至初始值，风机回到起始运行状态，一次调频结束
。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：
[0012]所述步骤
S1
中，所述初始惯性系数通过公式
(1)
表达：
[0013][0014]由式
(1)
可知，当
H
w
与
γ
一定时，初始虚拟惯性系数
k
d0
与风机转子初始角速度呈正比；当风速不同时，
MPPT
运行模式下风机转子初始角速度也不同，初始虚拟惯性系数
k
d0
随风速自适应变化
。
[0015]所述步骤
S1
中，所述初始惯性系数通过以下步骤得到：
[0016]对于同步发电机，惯性时间常数
H
G
一般定义为：
[0017][0018]式中，
J
表示机械转动惯量；
ω
e
表示电角速度；
ω
m
表示机械角速度；
p
表示极对数；
E
G
表示转子动能；
S
GN
表示发电机组额定容量；
[0019]风机转子转速变小过程中，转子所释放的旋转动能为：
[0020][0021]式中：
J
w
表示风机转动惯量；
J
eq
表示风机等效转动惯量；
ω
w0
表示风机转子初始角速度；
Δω
w
表示风机角速度增量；
[0022]由式
(3)
得：
[0023][0024]令
γ
＝
Δω
w
/
Δω
e
，称为惯性调节系数，由式
(4)
可得风机等效惯性时间常数
H
eq
为：
[0025][0026]H
W
表示风机惯性时间常数；
P
WN
表示风电机组额定容量；
[0027]若不计系统损耗，风机参与系统调频的转子运动方程式为：
[0028][0029]表示系统频率变化率；
Δ
P
G0
*
表示风机输出功率；
Δ
P
L0
*
表示系统负载功率；
[0030]进一步，由式
(6)
得到公式
(1)。
[0031]所述步骤
S2
包括以下步骤：
[0032]在转子减速阶段，根据风机当前释放的转子动能的大小，自适应调整当前的惯性系数
k
d
和下垂系数
k
p
，通过公式
(7)
和公式
(8)
表达：
[0033][0034][0035]由式
(7)
和
(8)
可知，当风机转子转速大时，
k
d
和
k
p
大，风机能够充分释放转子中储存的旋转动能，进行频率支撑；当转子转速变小时，
k
d
、k
p
的值也变小，释放风机的转子动能减小；
[0036]当
df/dt
＝0，系统频率偏差达到最大时，系统的惯性响应阶段已结束，风机虚拟惯性控制所附加的有功功率将由正变负，令
k
d
减小为
0。
[0037]所述步骤
S3
包括以下步骤：
[0038]在转子转速恢复阶段，下垂系数
k
p
表示为：
[0039][0040]式中：
t
C
表示风电机组转子转速恢复阶段的起始时间；
Δ
t
h
表示转子转速恢复阶段的持续时长
。
[0041]所述步骤
S3
中，转子转速恢复阶段的持续时长为
20s。
[0042]所述步骤
S4
包括以下步骤：
[0043]当转子转速恢复阶段结束时，惯性系数和下垂系数均为0；
[0044]风机进入
MPPT
阶段时，输出功率随转子转速的增大而增大，直至恢复至初始状态
。
[0045]一种基于可变系数的一次调频控制系统，包括系数给定模块
、
转子减速阶段模块
、
转速恢复阶段模块和
MPPT
阶段模块；
[0046]系数给定模块，用于对初始惯性系数进行整定并确定下垂系数，使初始惯性系数随风速自适应变化；
[0047]转子减速阶段模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于可变系数的一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：对初始惯性系数进行整定并确定下垂系数，使初始惯性系数随风速自适应变化；
S2
：在转子减速阶段，根据风机当前释放的转子动能的大小，自适应调整当前的惯性系数和下垂系数，当频率最小时，令当前的惯性系数减小至0，进入转子转速恢复阶段；
S3
：在转子转速恢复阶段，惯性系数保持为0，下垂系数逐渐减小，直至转子转速恢复阶段结束；
S4
：当转子转速恢复阶段结束时，风机进入
MPPT
阶段，惯性系数和下垂系数恢复至初始值，风机回到起始运行状态，一次调频结束
。2.
根据权利要求1所述的一种基于可变系数的一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述初始惯性系数通过公式
(1)
表达：由式
(1)
可知，当
H
w
与
γ
一定时，初始虚拟惯性系数
k
d0
与风机转子初始角速度呈正比；当风速不同时，
MPPT
运行模式下风机转子初始角速度也不同，初始虚拟惯性系数
k
d0
随风速自适应变化
。3.
根据权利要求2所述的一种基于可变系数的一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述初始惯性系数通过以下步骤得到：对于同步发电机，惯性时间常数
H
G
一般定义为：式中，
J
表示机械转动惯量；
ω
e
表示电角速度；
ω
m
表示机械角速度；
p
表示极对数；
E
G
表示转子动能；
S
GN
表示发电机组额定容量；风机转子转速变小过程中，转子所释放的旋转动能为：式中：
J
w
表示风机转动惯量；
J
eq
表示风机等效转动惯量；表示风机转子初始角速度；表示风机角速度增量；由式
(3)
得：令称为惯性调节系数，由式
(4)
可得风机等效惯性时间常数
H
eq
为：
H
W
表示风机惯性时间常数；
P
WN
表示风电机组额定容量；
若不计系统损耗，风机参与系统调频的转子运动方程式为：若不计系统损耗，风机参与系统调频的转子运动方程式为：表示系统频率变化率；
Δ
P
G0
*
表示风机输出功率；
Δ
P
L0
*
表示系统负载功率；进一步，由式
(6)
得到公式
(1)。4.
根据权利要求1所述的一种基于可变系数的一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括以下步骤：在转子减速阶段，根据风...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，熊尉辰，李旭东，王若谷，朱超，程子月，马春喆，宋博阳，孟永庆，
申请(专利权)人：国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：