[发明专利]一种与二次调频相协调的双馈风电机组虚拟惯性控制方法

说明书

本发明公开了一种与二次调频相协调的双馈风电机组综合虚拟惯性控制方法，解决了风电机组虚拟惯性控制与电力系统二次调频相配合的问题，在原有的虚拟惯性控制模块的基础上附加了与电力系统二次调频相协调的模块，使整体调频效果得到了提高。并在附加模块中考虑了风电机组转子转速，使得风电机可以连续运行在安全的转速范围内；解决了系统频率波动对风电机组有功调节能力的影响的问题，由于风电机组的有功调节能力受系统频率波动影响很大，为了使双馈风电机组有更好的频率调节能力，优化了风电机组的稳态频率响应，并据此设计了控制策略，使得风电机组调频效果有所调高。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种与二次调频相协调的双馈风电机组虚拟惯性控制方法。

背景技术

双馈风力发电机(DFIG)是目前风力发电的主要机型。DFIG转子侧变流器通过滑环向双馈异步发电机的转子输入可控的变频电流。网侧变换器与三相电网连接，并通过直流环节在双馈异步发电机的转子与电网之间实现功率交换。与本文涉及技术有关的主要是转子侧变流器的控制技术。转子侧变流器的具体控制目标如下：①通过控制转矩/功率，使转子转速始终跟随功率的最有曲线变化，进而实现最大功率的提取；②控制异步发电机与电网之间交换的无功功率(与有功功率解耦控制)。这可用于发电机端的电压调节。同步发电机的转子和系统频率是耦合的，当系统频率发生变化时，转子的转动惯性会阻尼频率的变化。但是，在传统控制方式下，由于变流器的特性，使得双馈风电机组的转子的转速与系统频率完全解耦^[1]。当电网发生频率波动时，双馈风电机组不能对系统频率变化做出响应，导致风电机组转子的转动惯量被浪费掉了，大规模风电场并网会造成系统整体惯性降低。实际上，在正常运行时，双馈风电机组所储存的惯性总量是十分可观的。通过合适的控制可以充分利用这部分惯性，对系统稳定性进行支持。虚拟惯性控制模块，即在风电机控制中加入了附加的有功功率控制模块^[2,3]，利用风电机组储存在旋转质量中的动能参与系统调频。ω_r为风电机组转速，经过最大功率跟踪(MPPT)输出功率参考值P_opt，虚线框为虚拟惯性控制模块，f_meas为系统频率的测量值，K₁为频率微分的权重系数，ΔP为虚拟惯性控制模块输出的附加功率值。当系统频率发生变化时，DFIG的电磁功率参考值也会发生响应的改变，而这部分增加的电磁功率正式来自释放的转子动能。风电机组的虚拟惯性响应速度很快，可以有效的补偿系统传统同步机组一次频率响应较慢的缺点，实现系统整体频率的快速调整。现在主流的虚拟惯性控制方案，将原有的虚拟惯性控制模块加以改进，主要体现在以下两点：

一、减载控制

原有的MPPT模块是最大功率跟踪，系统不存在有功备用，这对于双馈风电机组参与系统频率调节是不利的。于是在原有的MPPT模块上加上一个减载控制环节，是功率跟踪模块运行在次优跟踪曲线上，这样可以使双馈风电机组获得一定的有功备用。

二、下降控制

其基本原理为模拟同步发电机一次调频的功率-频率静态特征曲线的下降比例关系，将一个正比与频率偏差的有功功率变化值加入到原有的有功功率参考值上以适时地调节风电机的有功出力，模拟电机下降特性所得的功-频关系。则改进的虚拟惯性控制方法K％为减载系数，K₂为下降控制的权重系数，f_ref＝50Hz，P′_opt为风电机组跟踪减载运行曲线得到的有功参考值。有如下关系式：

P′_opt＝P_opt(1-K％)

因此，这种惯性控制方法可以使风电机组具有更好的频率响应能力并能够根据系统需求适时地调节其有功出力，以有效参与系统的一次调频。

现有技术的缺点

1.没有和电力系统二次调频相协调