[发明专利]一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机组的频率与阻尼综合控制方法，尤其是一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法。

背景技术

电网的频率调节能力和阻尼大小对电力系统的安全稳定运行有着重要影响，而对于风电装机比重较高的区域电网，这一问题将变得更加突出。目前，针对变速风电机组频率调节问题多采用比例微分(proportional derivative,PD)控制器,将df/dt微分控制环节和频率下垂特性的比例环节相结合，共同叠加到风电机组的最大功率追踪控制上。研究表明df/dt控制环节可在电网频率变化瞬间快速调节风电机组的电磁功率，释放或者吸收转子动能，提供惯性响应，而下垂控制可使风电机组参与电网的一次调频。然而，变速风电机组采用PD控制器产生附加注入功率进而实现频率调节的控制方案对电网的功率振荡产生了负阻尼影响，从而限制了控制器的推广应用。因此，通过改进现有变速恒频风电机组的频率控制策略，使其兼有频率调节和抑制系统功率振荡的能力，将对风电渗透率较高的区域电网的安全运行具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法，包括以下步骤：

a：判断电网是否稳定运行，如果是，采用最大功率跟踪控制策略对双馈风力发电机组进行有功控制，如果否，转向步骤b；

b：电网频率变化后，调节所述双馈风力发电机组的输出功率，有功增量ΔP_f为：

其中，K_df、K_pf分别为微分控制系数和比例控制系数，Δf为电网频率偏差，T_D为惯性环节时间常数，s为复频率。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：它将原有的微分控制环节改变为带有一阶惯性滞后的微分控制环节，通过合理的参数配置，使双馈风力发电机组的频率控制始终表现为正阻尼特性，使风力发电机在参与电网频率调节的动态过程中具备增加系统阻尼的特性，消除了微分环节给电网引入负阻尼而造成的不利影响。它可使所述风电机组在电网频率变化或功率振荡时，通过参与电网的有功功率调节，使风电机组兼有频率调节和抑制系统功率振荡的能力，提高了电力系统的暂态稳定性。

附图说明

图1是本发明的流程图

图2是含双馈风电场的仿真拓扑结构图；

图3是含双馈风电场的系统等值电路图；

图4是本发明频率控制原理框图；

图5是本发明实施例1中风电机组电磁功率动态响应对比曲线；

图6是本发明实施例1中系统频率动态响应对比曲线；

图7是是本发明实施例1中发电机转子角动态响应对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法，包括以下步骤：

a：判断电网是否稳定运行，如果是，采用最大功率跟踪控制策略对双馈风力发电机组进行有功控制，如果否，转向步骤b；

b：电网频率变化后，调节所述双馈风力发电机组的输出功率，有功增量ΔP_f为：

其中，K_df、K_pf分别为微分控制系数和比例控制系数，Δf为电网频率偏差，T_D为惯性环节时间常数，s为复频率。

为了说明所提改进策略的有效性，将双馈风电机组连接于图2所示的四机两区域电网B₅母线处。假定风速为11m/s，双馈风电机组运行在最大功率跟踪运行状态。图5-7分别为系统负荷L₁增加后，风电机组电磁功率动态响应特性曲线、系统频率动态响应特性曲线和同步发电机G₃转子角动态响应特性曲线。

从图6可以看出，当系统负荷L₁增加后，风电机组参加系统频率控制相比不参加系统频率控制时，系统最大频率偏差出现时刻延迟约2秒，最大频率偏差也明显减小，说明风电机组改善系统频率调节能力。在图7中，双馈风电机组动态注入有功功率后，发电机G₃转子角摆动曲线衰减速度显著增加，风电机组表现为正阻尼特性，避免了风电调频引起的功率振荡，有效增强了系统动态稳定性。