[发明专利]一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统双馈风电机组的频率惯性控制策略，尤其是涉及一种利用双馈风电机组转子动能构造其与电网频率相关的虚拟转动惯量，改善风电电力系统的频率惯性特性，以提高风电电力系统频率响应动态特性的控制方法。

背景技术

基于双馈感应发电的风电技术发展和大规模并网，使其成为日益重要的电力新能源。双馈风电机组利用转子侧双向变流器实现输出有功、无功解耦控制和最大风能捕获的同时，也使其转子旋转动能与电网频率解耦，从而使其对电网的频率变化缺乏像常规发电机组一样的惯性支持。因此，随着风电渗透率的增加，电网频率的惯性和调频特性都将受到影响，而研究双馈风电机组的频率响应惯性及一次调频方法也成为其并网技术的重要发展方向。

目前，丹麦、加拿大、中国等风电并网国家在颁布的风电运行导则中明确提出，并网风电场需要提供和常规发电厂一样的旋转备用、惯性响应以及一次调频等附属功能。例如，爱尔兰通过制定并网风电需要满足的频率响应特性曲线，给出了风电场调频技术的配置目标；丹麦通过减小风功率转换跟踪值，增加并网风电场的调频有功贮备。同时，相关研究还研究了利用储能和直流输电的快速有功调节改善并网风电场频率惯性和一次调频特性的控制策略，以及双馈风电机组在高风速状态基于浆距调节或转子调速与调浆相协调的调频策略。此外，针对双馈风电机组最大功率跟踪使其在电网频率扰动时不能为系统提供额外调频有功的问题，如何进行双馈风电机组基于非最大风能捕获的调频方法研究也得到展开。其中，有研究提出了双馈风电机组放弃最大风功率跟踪换取调频有功备用的减载运行控制策略；有研究则进一步基于减载运行控制策略，研究了双馈风电机组基于变下垂系数的调频方法。此外，有研究提出在双馈风电机组不同转速的有功控制基础上，针对其实现基于下垂控制调频的风功率跟踪值，提出了利用移动平均法预测最大风功率跟踪值、并采用基于权重调节最大风功率均方差加以修正的整定方法。

另一方面，从挖掘双馈风电机组自身运行资源角度出发，利用其被隐藏转子动能构造虚拟惯性的研究亦受到关注。首先，通过控制双馈风电机组转子动能为电网提供频率惯性支持的可行性得到论证，同时，进一步研究指出，虽然基于转子动能构建的模拟惯量控制只能够为系统提供短暂的频率支撑，但对于改善电网频率惯性和水电调频机组的水锤效应具有重要作用。为此，如何利用双馈风电机组转子侧双向变流器最大风功率跟踪指令附加基于频率变化率的有功指令实现其基于转子动能的虚拟惯性控制方法及其在双向变流器双闭环控制中的实现方法被提出，利用该方法实现风电机组通过附加虚拟惯性控制对电网频率响应特性的改善效果也得到进一步仿真分析验证。此外，从提高附加虚拟惯性控制动态特性角度出发，利用动态比例系数调节附加虚拟惯性有功控制分量的方法也得到了研究。需要指出的是，这些附加惯性控制的效果不仅会受到最大风功率跟踪控制的影响，而且由于控制器的微分输入环节容易在频率恢复过程中使风电机组的虚拟惯性控制出现过调，从而可能导致系统频率的再次跌落或上升。为此，有研究在根据推导的双馈风电机组虚拟惯量表达式基础上，基于风电机组减载控制原理，提出了利用频率偏差修正最大风功率跟踪曲线以构建虚拟惯性的方法。虽然该方法能够克服最大风功率跟踪对附加虚拟惯性控制的影响，但该方法忽略了双馈风电机组实现最大风功率跟踪的转速调节过程，因此，所研究最大风功率跟踪曲线的修正方法存在实际应用的困难。

发明内容

本发明则在研究双馈风电机组实现最大风功率跟踪的调速原理基础上，在推导双馈风电机组的虚拟惯量的基础上，通过研究双馈风电机组基于最大风功率跟踪曲线线性比例调节的调速方法，进一步提出了双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯量控制方法，其特征在于，

步骤1，通过设定双馈风电机组期望虚拟惯量，根据电网频率偏差，依据双馈风电机组虚拟惯量表达式确定风电机组的转速调节指令，其中，所依据的虚拟惯量表达式如式一所示：