[发明专利]模拟惯性与超速相结合的双馈风机有功频率控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及双馈风力发电机技术领域，尤其涉及一种模拟惯性与超速法控制相结合的双馈风机有功频率综合控制器及方法。

背景技术

风力发电作为目前最成熟、最具有规模开发条件的新能源发电方式，在电力系统中尤其是风能资源丰富的区域渗透率不断增加。风力发电规模飞速发展带来了巨大的环境效益和经济效益，但也给电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。

双馈风力发电机(doubly fed induction generation，DFIG)具有发电效率高变频器容量小的特点，已经成为目前大型风电场的主力机型之一。其电力电子换流器在实现最大功率跟踪的同时，也使得转子转速和电网频率之间不再存在耦合关系，不能像传统同步发电机一样通过转子释放或者存储动能阻尼系统频率变化，即风电机组转子动能被变频器完全“隐藏”。从全系统角度看，风电机组的转动惯量为零，基于DFIG机组的风电场大规模接入会明显减弱系统的频率动态响应特性。并且其运行在最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)模式时效率已达最大化无法参与系统的一次调频。

为了降低大规模DFIG机组接入对电网频率稳定性的影响，常见的改进方法有：

1、利用转子存储的动能进行短时间调频，附加有功频率控制环节以模拟同步发电机的频率响应特性，使变速风机具有一定的虚拟惯性；

2、通过超速或变桨距角的方法降低发电机效率，使其留有余力参与系统的一次调频；

3、利用飞轮、电池组等储能系统协助风电场参与系统频率调整的方法也得到了很多研究者的关注。

DFIG机组惯性大、转速调节范围较宽，因此上述方法理论上能模拟出比同步电机更大的“模拟惯量”；但是DFIG机组在转速较低时能够提供的动能有限，退出调频后转速恢复过程输出功率降低将引起电网频率的二次跌落，调频过程中运行点偏离最大功率跟踪点也将加深这一不利影响。并且，完善的风电场频率调节能力，要求风电机组同时具备可控的惯性响应和一次调频能力，减载后一次调频与惯性控制有机结合的综合控制方法较为少见。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种模拟惯性与超速相结合的双馈风机有功频率控制器及方法。该方法能够使双馈风机利用转子动能和减载备用容量有效支持系统的惯性调频、减小静态频率误差，并且避免了过度调频可能带来的系统频率二次冲击。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟惯性与超速相结合的双馈风机有功频率控制器，包括：依次连接的频率偏差检测模块、隔直模块、调节量整定模块、延时模块以及速度保护模块；

实时电网频率信号f_mea与频率整定值f_ref分别输入频率偏差检测模块得到此时电网的频率偏差信号Δf；频率偏差信号Δf经过隔直模块进入调节量整定模块，调节量整定模块根据频率偏差信号Δf得到转速调节量；转速保护模块使DFIG机组在转速异常情况下退出调频，并延时一定时间后才能重新投入调频。

一种模拟惯性与超速相结合的双馈风机有功频率控制器的控制方法，包括以下步骤：

(1)确定双馈风力发电机捕获的最大风功率，并得到双馈风力发电机最大功率跟踪曲线方程；

(2)电网频率正常工作时风力机组运行在超速减载状态，通过超速法提高转子存储动能并获得调频备用容量；

(3)当检测到系统频率偏差超过控制死区时，根据频率偏差大小、转子转速、超速减载量确定转速调节量，双馈风力机组根据转速调节量和转子转速确定给定输出有功功率参考值。

(4)对双馈风力机组参与系统一次调频时静态调差系数进行整定，使得其具有与传统发电机一样的下垂特性；

所述步骤(1)中风力发电机的捕获的最大风功率为：