[发明专利]基于虚拟惯性和桨距角控制风电机组参与电网调频的方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种基于虚拟惯性和桨距角控制风电机组参与电网调频的方法。

背景技术

目前，风力发电在世界各国得到迅猛的发展，随着风电在电网中所占比例的不断增加，给电力系统安全稳定运行带来了一系列的挑战。

目前，具备响应系统频率能力成为“电网友好型”风电的一个重要特征，作为并网风电主流机型，变速恒频双馈风电机组(DFIG)可以灵活地调节有功、无功功率，但是电力电子变流器隐藏了风力机转速和电网频率之间的耦合关系，从而导致其无法响应电网频率变化，大规模风电机组接入电网后势必导致系统惯性降低等问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于虚拟惯性和桨距角控制风电机组参与电网调频的方法能够迅速响应系统频率变化并且向电网提供持续的有功功率支撑。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于虚拟惯性和桨距角控制风电机组参与电网调频的方法，其包括：

获取电网的额定频率和当前频率；

当额定功率和当前频率存在频率偏差时，计算虚拟惯性控制下风电机组的次优转速-有功功率的跟踪曲线的比例系数：

其中，P_opt为转子侧变流器的有功功率；ω_r0为风力机初始角速度；η为转速调节系数；Δf为电网当前的频率偏差；ω_r为风电机组的转子转速；

采用转子转速和比例系数，计算虚拟惯性控制下转子侧变流器的参考功率：

其中，P_o'_pt为转子侧变流器的参考功率；P_max为转子侧变流器的最大功率；ω₀为切入电角速度；ω₁为进入恒定转速区的电角速度；ω_max为转速的上限参考值；

采用频率变化率的增益值和电网的频率变化率，计算转子侧逆变器处的引入电磁功率，并累加引入电磁功率和参考功率得到转子侧逆变器的总电磁功率；

根据风电机组风电机组的转子转速和参考转速，计算风电机组的转速偏差Δω，并采用风电机组的转速偏差计算转子侧逆变器的电磁功率变化量：

ΔP＝K_pΔω+K_i∫Δωdt

其中，K_P为比例增益；K_i为积分增益；Δω为转速偏差信号；

根据总电磁功率和电磁功率变化量得到桨距角机构的有功功率，并采用桨距角机构的有功功率，计算桨距角机构的桨距角：

其中，ρ为空气密度；A为风电机组叶片迎风扫掠面积；v为风速；P为桨距角机构的有功功率；C_p为风能利用系数；β为桨距角；λ为叶尖速比；

根据所述桨距角，控制风电机组增大捕获的风能向电网注入有功功率。

进一步地，当风速为13m/s，桨距角的变化范围为0～4°时，桨距角的计算公式简化为：

P＝-0.047β+0.802。

进一步地，所述引入电磁功率的计算公式为：

其中，P′_f为引入电磁功率；为电网的频率变化率；K_d为频率变化率的增益值。

进一步地，所述转子侧变流器的有功功率P_opt的计算公式为：

其中，k_opt为最大功率跟踪曲线的比例系数。

进一步地，所述桨距角机构的有功功率的计算公式为：

P＝P_ref-ΔP

其中，ΔP为电磁功率变化量；P_ref为总电磁功率。

本发明的有益效果为：当电网频率发生改变时，本方案通过改变转速-功率跟踪曲线的比例系数迅速地释放转子旋转动能，为系统提供有效的惯性支撑；在响应虚拟惯性控制的过程中，桨距角机构将根据转速偏差信号主动调整桨距角，增大风力机捕获的机械能以持续地为系统提供有功功率支撑。

当风电机组响应虚拟惯性环节之后将进入转速恢复过程，通过将转速偏差信号转化为对应的电磁功率变化量，抑制了电磁功率以及机械功率的不平衡现象，改善了转速恢复至初始值的动态响应过程，避免了电网频率的二次跌落。