一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法及系统，包括：对基于综合惯性控制的风电机组进行动态建模，得到风机调频下电力系统的频率响应模型；基于频率响应模型，结合风电机组本身所蕴含的动能及其对电网所提供的频率支撑能力，推导出风电机组自身的有效惯量，得到风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式，并进行惯性支撑能力分析；基于有效惯性时间常数的解析式，结合等面积原理，评估出综合惯性控制下双馈风机参与调频过程的等效惯量

【技术实现步骤摘要】
一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及综合惯性控制下风机等效惯量评估领域，具体涉及一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法及系统
。

技术介绍

[0002]传统电力系统逐渐转型升级为以新能源为主体的新型电力系统，风电
、
光伏
、
电池储能等大规模并网，传统同步机组被替代，新能源机组占比不断提高
。
据统计，
2021
年全球新增风电装机容量为
93.6GW
，风电在全球范围内均呈现广泛且高速的发展状态，对系统的稳定运行产生愈发凸显的影响
。
[0003]对新能源高占比的系统，其低惯量特性引发系统产生严重的动态频率安全隐患
。
当前，双馈型感应风机作为风电场采用的主要机型，其自身惯量及对系统惯量的影响不容忽视
。
为解决低惯量特征引起的动态频率失稳问题，引入了综合惯性控制技术
。
随着风电占比的不断提高，综合惯性技术愈加广泛的应用在实际电网运行中
。
因此，评估全响应时间尺度下考虑综合惯性控制的风电机组有效惯量及其对系统频率调节的支撑能力，对评估新型电力系统惯量具有重要意义
。
[0004]由于新型电力系统的等效惯性时间常数直接影响着含有风电机组的系统动态频率特性，诸如系统的有功功率缺额
、
频率变化率
、
频率跌落最低点等均与密切相关
。
在实际系统应用中，同步机的惯性时间常数是确定的，但对于考虑了综合惯性控制的风电机组来说，由于风速存在波动性，且其与风机转子
、
转速间亦存在不确定性，风电机组的等效虚拟惯性时间常数无法确定，故而无法确定新型电力系统的等效惯性时间常数
。
由此可知，研究风电机组的等效惯量是研究系统惯量支撑能力的基本
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法及系统，能够确定新型电力系统的等效惯性时间常数，能够对风机提供的惯性支撑能力进行分析并给出量化结果，为保障新型电力系统安全稳定提供参考
。
[0006]技术方案：本专利技术的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，包括以下步骤：
[0007]对基于综合惯性控制的风电机组进行动态建模，得到风机调频下电力系统的频率响应模型，推导出风电机组自身的有效惯量；
[0008]基于频率响应模型，将其并入电网中，结合风电机组本身所蕴含的动能及对电网所提供的频率支撑能力，得到风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式；
[0009]基于有效惯性时间常数的解析式，结合等面积原理，评估出综合惯性控制下双馈风机参与调频过程的等效惯量
。
[0010]进一步的，对基于综合惯性控制的风电机组进行动态建模，得到风机调频下电力系统的频率响应模型，包括：
[0011]在传统的频率响应模型的基础上，增添含综合惯量控制的风电机组简化模型，从而获得风机调频下电力系统的频率响应模型
。
[0012]进一步的，所述风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式的推导过程为：
[0013]计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，并基于发电机电磁转矩建立风力发电机转子运动方程；
[0014]构建转子侧变流器模型；
[0015]基于虚拟惯量控制和下垂控制两种策略，以系统的频率偏差和频率变化率作为输入，改变风机的输出功率，由此得到综合惯性控制策略产生的电磁转矩参考增量；
[0016]基于发电机电磁转矩
、
转子侧变流器模型
、
电磁转矩参考增量推导出风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式
。
[0017]进一步的，计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，并基于发电机电磁转矩建立风力发电机转子运动方程，包括：
[0018]计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，其表达式为：
[0019][0020]式中：
T
em
为发电机电磁转矩；
P
为风电机组极对数；
L
m
和
L
s
分别为风电机组励磁电感和定子漏感；
Ψ
ds
,
Ψ
qs
,i
dr
,i
qr
分别为定子磁链和转子电流在
d,q
轴的分量；
[0021]采用定向矢量控制策略，定子磁链在
q
轴的分量
ψ
qs
＝0，发电机电磁转矩表示为：
[0022][0023]风力发电机转子运动方程为：
[0024][0025]式中：
H
DFIG
为风电机组的等效虚拟惯性时间常数；
ω
r
为风机转速；
T
mech
为风电机组机械转矩
。
[0026]进一步的，构建转子侧变流器模型，包括：
[0027]将转子侧变流器模型简化为一个一阶惯性环节：
[0028][0029]式中：
i
*qr
为转子交轴电流参考值；
τ
为变流器响应时间常数
。
[0030]进一步的，所述电磁转矩参考增量的计算公式如下：
[0031][0032]式中：
Δ
T
*em
为电磁转矩参考增量；
T
f
为滤波时间常数；
K
df
为虚拟惯量控制系数；
K
pf
为下垂控制系数；
Δω
s
为含综合惯性控制的风电机组系统同步角速度增量
。
[0033]进一步的，所述风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式为：
[0034][0035]式中：
K
pf
为下垂控制系数；
K
df
为虚拟惯量控制系数；
T
f
为滤波时间常数；
ω
r0
为风电机组初始转子角速度；
ω
s0
为含综合惯性控制的风电机组系统初始同步角速度
。
[0036]进一步的，基于有效惯性时间常数的解析式，结合等面积原理，评估出综合惯性控制下双馈风机参与调频过程的等效惯量，包括：
[0037]对同步电机惯量和风电机组等效虚拟惯量进行时域积分，使得在相同的响应时间范围内两者相等；
[0038]其中，对同步电机惯量和风电机组等效虚拟惯量进行时域积分，如下式所示：
[0039][0040]将基于有效惯性时间常数的解析式代入式
(20)
中，得到：
[0041][0042]式中：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：对基于综合惯性控制的风电机组进行动态建模，得到风机调频下电力系统的频率响应模型，推导出风电机组自身的有效惯量；基于频率响应模型，将其并入电网中，结合风电机组本身所蕴含的动能及对电网所提供的频率支撑能力，，得到风机调频过程中风电机组等效为同步机组的有效惯性时间常数的解析式；基于有效惯性时间常数的解析式，结合等面积原理，评估出综合惯性控制下双馈风机参与调频过程的等效惯量
。2.
根据权利要求1所述的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，对基于综合惯性控制的风电机组进行动态建模，得到风机调频下电力系统的频率响应模型，包括：在传统的频率响应模型的基础上，增添含综合惯量控制的风电机组简化模型，从而获得风机调频下电力系统的频率响应模型
。3.
根据权利要求1所述的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式的推导过程为：计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，并基于发电机电磁转矩建立风力发电机转子运动方程；构建转子侧变流器模型；基于虚拟惯量控制和下垂控制两种策略，以系统的频率偏差和频率变化率作为输入，改变风机的输出功率，由此得到综合惯性控制策略产生的电磁转矩参考增量；基于发电机电磁转矩
、
转子侧变流器模型
、
电磁转矩参考增量推导出风机调频过程其有效惯性时间常数的解析式
。4.
根据权利要求3所述的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，并基于发电机电磁转矩建立风力发电机转子运动方程，包括：计算双馈风电机组的发电机电磁转矩，其表达式为：式中：
T
em
为发电机电磁转矩；
P
为风电机组极对数；
L
m
和
L
s
分别为风电机组励磁电感和定子漏感；
Ψ
ds
,
Ψ
qs
,i
dr
,i
qr
分别为定子磁链和转子电流在
d,q
轴的分量；采用定向矢量控制策略，定子磁链在
q
轴的分量
ψ
qs
＝0，发电机电磁转矩表示为：风力发电机转子运动方程为：式中：
H
DFIG
为风电机组的等效虚拟惯性时间常数；
ω
r
为风机转速；
T
mech
为风电机组机械
转矩；为风机转速变化率
。5.
根据权利要求3所述的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，构建转子侧变流器模型，包括：将转子侧变流器模型简化为一个一阶惯性环节：式中：
G
q
(s)
为变流器模型一阶惯性函数；
i
*qr
为转子交轴电流参考值；
τ
为变流器响应时间常数
。6.
根据权利要求3所述的综合惯性控制下的双馈风机等效惯量评估方法，其特征在于，所述电磁转矩参考增量的计算公式如下：式中：
Δ
T
*em
为电磁转矩参考增量；
T
f
为滤波时间常数；
K
df
为虚拟惯量...

【专利技术属性】
技术研发人员：任必兴，李强，周涛，黄菊，贺敬，汪成根，吕振华，唐伟佳，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南京理工大学中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：