【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源发电，更具体地，涉及一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法及系统。
技术介绍
1、直驱风机机网侧控制上完全解耦且机侧变换器一般运行在mppt控制模式下，这使得直驱风机在电网频率发生扰动时不能释放机侧转子动能支撑电网，不具备惯量响应能力，大规模并网将造成电网惯性降低，危害电力系统的频率稳定性。风机虚拟惯量控制是解决这一问题的重要途径，典型的虚拟惯量控制如df/dt控制通过将电网频率变化率耦合到风机的有功控制环路中从而使得风机具备惯量响应能力，然而直驱风机引入df/dt虚拟惯量控制后也出现一些新的问题的需要解决，其中关键的问题就是虚拟惯量控制参数的选取问题，一方面，如果参数取的较为保守，风机的惯量响应能力较弱，可能达不到要求；另一方面，df/dt虚拟惯量控制的引入改变了风机原有的控制结构，如果过于追求风机的惯量响应能力，不恰当的参数选取可能引起风机失稳。
2、现有的针对直驱风机虚拟惯量控制参数设计方法的研究较少。一些研究通过仿真分析等方法探索了虚拟惯量控制参数对风机惯量特性的影响，指出系统频率测量滤波时间常数直接影响惯量响应速度，因此应该取较小的值。也有一些研究通过模态分析或阻抗分析等方法指出较低的频率滤波时间常数可能会引发系统失稳。然而上述研究侧重于探索虚拟惯量控制参数对风机惯量特性或者稳定性的影响，并给出一些参考性的意见，较少关注参数设计。也有一些研究从风机虚拟惯量响应能力的角度出发，设计控制算法实时的整定控制器系数，然而这些研究侧重于风机惯量响应能力的优化与实时调整，并没有给出参数选取域，且忽
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法及系统，旨在解决现有技术缺乏对直驱风机虚拟惯量控制参数设置方法，导致如果参数选取的较为保守，风机的惯量响应能力较弱，如果过分追求风机的惯量响应能力，则可能会引起风机失稳的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，包括以下步骤：
3、建立含df/dt虚拟惯量控制的直驱风电机组的幅相运动模型，提取风机等效惯量表达式；
4、根据设计裕度需求，选取一个覆盖惯量响应时间尺度的频段，计算出虚拟惯量控制参数变化时频段两端振荡频率下风机等效惯量的伯德图幅值，并将其与预设的惯量能力对比，绘制出满足惯量时间常数的虚拟惯量控制参数区间；其中，虚拟惯量控制参数包括虚拟惯量控制器的增益系数kf和滤波时间常数tf；
5、改变不同的虚拟惯量控制参数并绘制风机等效惯量的伯德图；通过伯德图的相位筛选出影响风机惯量响应速度的关键参数，并给定关键参数取值趋势；结合模型仿真的结果，按照给定的参数取值趋势调节虚拟惯量参数直到满足预设有功功率上升时间要求；
6、将幅相运动模型联立含df/dt虚拟惯量控制的直驱风电机组对应的网络方程构建闭环模型，并将闭环模型转换为状态空间方程，获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态；
7、计算模态在不同虚拟惯量控制参数下的阻尼比，绘制三维图，采用高度为0的平面去切三维图，获取小于kf临界值和大于tf临界值的区间作为满足稳定性约束的虚拟惯量控制参数区间。
8、进一步优选地，风机等效惯量表达式为：
9、
10、其中，jeq为风机等效惯量；e0为网侧变换器输出电压的稳态值；ut0为端电压的稳态值；ω1为电网频率的额定角速度；xf为滤波电感的大小；s为微分算子；pip为转速控制器；g(s)为机网侧耦合系数。
11、进一步优选地，满足惯量时间常数的虚拟惯量控制参数区间的绘制方法为：
12、绘制出虚拟惯量控制参数变化时频段两端振荡频率下风机等效惯量的伯德图幅值大小的三维图；
13、采用高度为hdb0的平面切割风机等效惯量的伯德图幅值三维图，所得的交界线为满足惯量时间常数的临界虚拟惯量控制参数取值，高于kf临界取值以及低于tf临界值的区间为满足对应频段一端要求的取值区间，同时满足频段两端要求的取值区间为满足惯量时间常数要求的虚拟惯量控制参数取值区间；
14、其中，风机等效惯量的伯德图幅值为：
15、
16、其中，re表示取实部，im表示取虚部，ωa为所选取的振荡频率；jeq为风机等效惯量；
17、hdb0＝20lgh0
18、其中，h0为风机至少需要达到的惯量时间常数；hdb0为预设的惯量能力。
19、进一步优选地，获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态方法为：
20、设置不同虚拟惯量控制参数输入至状态空间方程，依据得到的特征矩阵绘制不同模态的零极点图；
21、计算零极点图中的特征值与虚拟惯量控制参数之间的参与因子，找到虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态。
22、第二方面，本专利技术提供了一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化系统，包括：
23、风机等效惯量提取模块，用于建立含df/dt虚拟惯量控制的直驱风电机组的幅相运动模型，提取风机等效惯量表达式；
24、第一虚拟惯量控制参数区间绘制模块，用于在机电时间尺度范围内选取一个频段，计算出虚拟惯量控制参数变化时频段两端振荡频率下风机等效惯量的伯德图幅值，并将其与预设的惯量能力对比，绘制出满足惯量时间常数的虚拟惯量控制参数区间；其中，虚拟惯量控制参数包括虚拟惯量控制器的增益系数kf和滤波时间常数tf；
25、第二虚拟惯量控制参数区间绘制模块，用于改变不同的虚拟惯量控制参数并绘制风机等效惯量的伯德图；通过观察伯德图的相位筛选出影响风机惯量响应速度的关键参数，并给定关键参数取值趋势；结合模型仿真的结果，按照给定的参数取值趋势调节虚拟惯量参数直到满足预设有功功率上升时间要求；
26、第三虚拟惯量控制参数区间绘制模块，用于将幅相运动模型联立含df/dt虚拟惯量控制的直驱风电机组对应的网络方程构建闭环模型，并将闭环模型转换为状态空间方程，获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态；计算模态在不同虚拟惯量控制参数下的阻尼比，绘制三维图；采用高度为0的平面去切三维图，获取小于kf临界值和大于tf临界值的区间作为满足稳定性约束的虚拟惯量控制参数区间。
27、进一步优选地，风机等效惯量提取模块中的风机等效惯量表达式为：
28、
29、其中，jeq为风机等效惯量；e0为网侧变换器输出电压的稳态值；ut0为端电压的稳态值；ω1为电网频率的额定角速度；xf为滤波电感的大小；s为微分算子；pip为转速控制器；g(s)为机网侧耦合系数。
30、进一步优选地，第一虚拟惯量控制参数区间绘制模块包括：
31、风机等效惯量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，风机等效惯量表达式为：
3.根据权利要求2所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，满足惯量时间常数的虚拟惯量控制参数区间的绘制方法为：
4.根据权利要求1至3任一所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态方法为：
5.一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化系统，其特征在于，所述风机等效惯量提取模块中的风机等效惯量表达式为：
7.根据权利要求6所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化系统，其特征在于，所述第一虚拟惯量控制参数区间绘制模块包括：
8.根据权利要求5至7任一所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化系统，其特征在于，第三虚拟惯量控制参数区间绘制模块中获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失
...【技术特征摘要】
1.一种直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，风机等效惯量表达式为：
3.根据权利要求2所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，满足惯量时间常数的虚拟惯量控制参数区间的绘制方法为：
4.根据权利要求1至3任一所述的直驱风电机组虚拟惯量控制参数优化方法，其特征在于，获取虚拟惯量控制参数参与度高的能够使风机失稳的模态方法为：
5.一种直驱风电...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱东海，胡波，胡家兵，唐彬伟，邹旭东，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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