[发明专利]一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，其中，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。本发明提供的双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，能够提高机组运行稳定性和电网频率稳定性。

技术领域

本发明属于抽水蓄能技术领域，涉及一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法。

背景技术

双馈抽水蓄能机组(Doubly Fed Pumped Storage Unit，DFPSU)以其转速可调的优点逐渐成为新建抽水蓄能电站的主流机组之一。近年来，随着可再生能源在电力系统尤其是在区域电网中渗透率的不断增加，要求DFPSU不仅具备参与电网调峰的作用，还要具备参与电网频率调节的能力。然而，现有DFPSU功率解耦控制使得双馈电机(Doubly FedInduction Machine，DFIM)转子不能随着频率的变化自动做出快速响应，进而对整个系统的频率贡献微乎其微。目前国内外关于DFPSU参与电网频率调节的控制方法尚未见报道；虽然在双馈风力发电领域已经提出一些频率控制方法并取得一定效果，如转子动能控制、频率下垂控制以及惯性控制等，通过模拟同步发电机一次调频的功率-频率下垂特性及惯性响应特性，增加辅助频率控制环来释放/吸收转子动能，进而为电网提供短时功率支撑；然而上述频率控制方法缺乏对调频能力，特别是系统频率最低点(frequency nadir，FN)、最高点(frequency zenith，FZ)以及机组转速恢复稳定动态效果的深入研究。另外，为了更好地发挥DFPSU作为电网调度工具的重要作用，要求其在发电、电动工况均具有调频能力；而现有调频控制方法的大都针对双馈机组做发电机运行工况进行分析，关于机组电动工况调频控制方法的研究尚未见报道；此外，涉及DFPSU发电、电动工况控制参数及调频能力的分析，亦未见深入研究。因此，为了解决DFPSU接入电网带来的系统惯量缺失问题，提高机组参与电网的调频能力和电力系统频率稳定性，急需一种适用于DFPSU参与电网频率调节的控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统及方法，能够提高机组运行稳定性和电网频率稳定性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双馈抽水蓄能机组的虚拟惯性控制系统，所述虚拟惯性控制系统包括Washout滤波器模块、比例微分调节器模块以及一阶低通滤波器模块，其中：所述Washout滤波器模块，用于阻断稳态输入信号，以使得稳态频率偏差无法影响控制系统的控制过程；所述比例微分调节器模块，用于通过调频辅助功率控制所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值，使得所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值与电网频率相关联；其中，当电网频率发生改变时，所述双馈抽水蓄能机组的输出功率参考值进行相应调整，以实现对电网频率的调频；所述一阶低通滤波器模块，用于消除高频噪音信号，以减少外部信号对控制系统的干扰。

进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述调频辅助功率：

其中，ΔP_f^*表示所述调频辅助功率，k_p表示所述比例微分调节器模块限定的第一调节系数，k_d表示所述比例微分调节器模块限定的第二调节系数，Δf表示实际工作频率与参考频率之间的频率差。

进一步地，所述比例微分调节器模块按照下述公式确定所述第一调节系数：