【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统频率稳定性控制的，尤其是指一种风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法及系统。
技术介绍
1、随着新能源并网容量的不断提高，新能源机组不同于传统机组的波动性、随机性给电力系统稳定性带来了新的挑战。目前常用的风机定转子都通过电力电子变换器并入电网，不能像传统机组一样自然地参与到调频过程中来。而转子侧变换器的存在，使得可以通过给风机制定合适的控制策略使其参与到惯量响应过程中来。风机自身惯量响应控制方法主要分为转子动能控制和功率备用控制两大类，但两种控制方法还分别存在着可能引起频率二次跌落、降低正常运行时风机效率的问题。储能系统具有响应迅速、控制灵活的特点，风机和储能系统协同惯量响应作为一种有效的风机参与惯量响应的技术手段受到关注。然而，当前已提出的风机和储能系统协同惯量响应方法还存在着无法适用于所有的风速工况、无法做到风机和储能系统出力合理分配或控制结构过于复杂的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，可实现惯量响应过程中风能和储能系统出力的合理分配，使得风机在特定风速工况下都能有效参与到系统频率响应过程中，并且能有效避免频率二次跌落。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制系统。
3、本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，包括以下步骤：
4、s1：获取风速
5、s2：根据获取的风速判定风速所在分区，针对各风速分区采用不同逻辑进行风机和储能系统惯量响应协同控制，具体如下：
6、当风速处于风速一区及风速四区时，风机不能参与惯量响应过程，惯量由储能系统提供，风机附加功率指令为0，根据风机并入电网点频率变化率得到储能系统附加功率指令；
7、当风速处于风速二区时，对惯量响应时风机和储能系统的出力进行分配，根据风机并入电网点频率变化率得到总附加功率指令，其中风机出力比例受风机转子转速的影响，风机转子转速越低，风机的出力比例就越低，得到风机和储能系统的附加功率指令；
8、当风速处于风速三区时，对惯量响应时风机和储能系统的出力进行分配，根据风机并入电网点频率变化率得到总附加功率指令，其中风机出力比例受风机输出功率的影响，风机输出功率越低，风机的出力比例就越低，得到风机和储能系统的附加功率指令；
9、s3：将所得到的风机和储能系统的附加功率指令与各自的原功率指令叠加，形成风机和储能系统的总功率指令；
10、s4：将风机和储能系统的总功率指令分别传输到风机和储能系统的功率控制系统中执行，实现更好的电网惯量响应协同控制。
11、进一步，在步骤s1，风机输出功率计算公式如下：
12、
13、式中：p表示风机输出功率；us表示风机定子电压；isq表示在定子电压定向坐标系下的定子电流q轴分量。
14、进一步，在步骤s2，风速分区的方法如下：
15、对于1.5mw双馈风机，该型号的风机的切入风速v为5m/s，当v<5m/s时，对应风机未并入电网，不加以考虑；当风速为5-6m/s，划分为风速一区，该区的特征为风机只能维持在最低转子转速并网，不能提供转子动能参与调频；当风速为6-11m/s，划分为风速二区，该区的特征为风机以最大功率跟踪模式运行，捕获当前风速下最大风功率；当风速为11-12m/s，划分为风速三区，该区的特征为风机转子转速达到并维持在上限值，风机输出功率也接近额定值；当风速大于12m/s时，划分为风速四区，该区的特征为风机输出功率已经达到了额定值不能继续增大，风机通过变桨距维持风机输出功率为额定值。
16、进一步，在步骤s2，当风速处风速一区及风速四区时，风机都不能参与惯量响应过程，由储能系统提供惯量响应所需的功率，储能系统提供附加功率表达式为：
17、
18、式中：δpe为储能系统附加功率指令，kdfe为储能系统虚拟惯量系数，为风机并入电网点频率变化率；
19、当风速处于风速二区时，风机以mppt模式运行，风机提供转子动能来响应惯量响应需求，储能系统则起到辅助风机调频的作用；为了充分利用风机和储能系统的调频能力，需要对惯量响应时风机和储能系统的出力进行分配，惯量响应时风机和储能系统总的附加功率表达式为：
20、
21、式中：δptotal为总附加功率指令，kdf为风机和储能系统总虚拟惯量系数；
22、设风机出力比例系数为α，则有：
23、δpw＝αδptotal
24、δpe＝(1-α)δptotal
25、式中：δpw为风机附加功率指令，δpe为储能系统附加功率指令；
26、风机出力比例系数α的具体表达式为：
27、α＝α0+kω(ωr-ωe)
28、式中：α0代表风机转子转速为同步转速时风机出力比例系数，kω为转速下垂系数，ωr为风机转子转速，ωe＝1，为同步转速；
29、当风速处于风速三区时，需要风机和储能系统协同提供惯量响应所需功率，风机出力比例系数α的表达式为：
30、α＝α'0+kp(pn-p)
31、式中：α'0代表风机输出功率等于风机额定输出功率时风机出力比例系数，kp为功率下垂系数，pn为风机额定输出功率，p为风机输出功率；当风机输出功率为风机额定输出功率达到风机出力上限时不再额外出力，此时α'0＝0。
32、进一步，在步骤s3，将风机附加功率指令和风机原功率指令叠加形成风机总功率指令，而储能系统原功率指令为0，储能系统附加功率指令即为储能系统总功率指令；
33、风机和储能系统的总功率指令表达式如下：
34、pwref＝pw+δpw
35、peref＝pe+δpe
36、式中：pwref为风机总功率指令；peref为储能系统总功率指令；pw为风机原功率指令；pe＝0，为储能系统原功率指令；δpw为风机附加功率指令；δpe为储能系统附加功率指令。
37、进一步，在步骤s4，风机采用基于定子电压定向的矢量控制策略，具体如下：风机定子电压矢量恰好在定子电压定向同步旋转坐标系的q轴上，有usd＝0，usd表示风机定子电压d轴分量；
38、结合风机电压方程和磁链方程能够推导得到风机的转子电压控制方程为：
39、
40、式中：表示风机转子电压q轴参考值；kirp、kirq表示电流内环pi控制参数；表示风机转子电流q轴参考值；irq表示风机转子电流q轴分量；
41、结合磁链方程和风机输出功率表达式能够推导得到：
42、
43、式中：lm表示定子电感；ψsq表示风机定子磁链q轴分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤S1，风机输出功率计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤S2，风速分区的方法如下：
4.根据权利要求3所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤S2，当风速处风速一区及风速四区时，风机都不能参与惯量响应过程，由储能系统提供惯量响应所需的功率，储能系统提供附加功率表达式为：
5.根据权利要求4所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤S3，将风机附加功率指令和风机原功率指令叠加形成风机总功率指令，而储能系统原功率指令为0，储能系统附加功率指令即为储能系统总功率指令；
6.根据权利要求5所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤S4，风机采用基于定子电压定向的矢量控制策略，具体如下：风机定子电压矢量恰好在定子电压定向同步旋转坐
7.风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制系统，其特征在于，用于实现权利要求1至6中任意一项所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其包括：
...【技术特征摘要】
1.风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤s1，风机输出功率计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤s2，风速分区的方法如下：
4.根据权利要求3所述的风机和储能系统并入电网惯量响应协同控制方法，其特征在于，在步骤s2，当风速处风速一区及风速四区时，风机都不能参与惯量响应过程，由储能系统提供惯量响应所需的功率，储能系统提供附加功率表达式为：
5.根据权利要求4所述的风机和储能系...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁展豪，杨双飞，周月宾，刘俊峰，曾君，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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