[发明专利]参与电网调频的风机控制系统

说明书

本发明提供了一种参与电网调频的风机控制系统，包括：虚拟惯量控制单元，输入为电网频率和频率参考值，输出为有功功率指令增量；转矩控制单元，输入为风机输出功率和风机当前转速，输出为风机转矩参考值；有功功率控制单元，输入为所述有功功率指令增量、所述风机转矩参考值、所述风机当前转速和风机初始转速，输出为有功功率参考值；桨距角控制单元，输入为风轮转速偏差和/或风机有功功率偏差，输出为风机桨距角。本发明提供的参与电网调频的风机控制系统，在保证风机稳定运行和不恶化电网频率的前提下，调节风机转速和桨距角，充分利用了风机旋转的动能，进而在虚拟惯量控制整个过程避免风机减出力运行，提高风机对电网频率支撑作用。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是一种参与电网调频的风机控制系统。

背景技术

随着风电在电力系统中的渗透率越来越高，特别是大规模风电场直接接入高压输电网后，风电已经对电力系统的调度运行和安全稳定等诸多方面带来了不可忽视的影响。这其中的关键问题之一是大规模风电接入后对电力系统频率的影响以及如何进行含大规模风电电力系统的频率控制从而维持电力系统所要求的频率水平。

风电虚拟惯量控制是指在风机控制系统中加入系统频率响应环节，当系统频率变化时，通过释放一定的旋转动能给电网或将一定的电能转化为旋转动能，从而在短时间内增加或减小风机的有功出力，模拟传统同步发电机组的惯性响应以及一次调频响应，参与电力系统频率控制，参与电力系统频率控制。

虚拟惯量控制下，若系统发生频率跌落，风机为了增加出力会释放动能。虚拟惯量控制结束后，风机转速将低于最优转速。为了恢复到最优转速，风机的电磁功率在增发功率后需减小，且风机的电磁功率需减小到比当前机械功率更小的运行状态，使得风机转速上升。由于当前的转速脱离最优转速，风机的机械功率低于初始机械功率，也即，在转速恢复阶段，风机的输出有功功率需小于初始输出的有功功率。

总的来说，常规虚拟惯量控制在功率增发阶段提供了频率支撑，但在转速恢复阶段，则需要减出力运行，风机输出有功功率小于初始输出有功功率，在风电比例较高的情况下会恶化电网频率的恢复，甚至可能导致系统频率的二次跌落，给电网运行带来了一定的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种参与电网调频的风机控制系统，避免风机减出力运行，使风机虚拟惯量控制整个过程不存在恶化电网频率现象，消除运行风险，同时又可提高对电网频率支撑能力。

本发明提供了一种参与电网调频的风机控制系统，包括：

虚拟惯量控制单元，输入为电网频率f_grid和频率参考值f_ref，输出为有功功率指令增量ΔP；

转矩控制单元，输入为风机输出功率P_e和风机当前转速ω_gen，输出为风机转矩参考值T_ref；

有功功率控制单元，输入为所述有功功率指令增量ΔP、所述风机转矩参考值T_ref、所述风机当前转速ω_gen和风机初始转速ω_gen0，输出为有功功率参考值P_ref；

桨距角控制单元，输入为风轮转速偏差和/或风机有功功率偏差，输出为风机桨距角；

所述虚拟惯量控制单元、所述转矩控制单元和所述有功功率控制单元用于增发有功功率，所述桨距角控制单元，用于增发有功功率后恢复风机转速。

其中，所述虚拟惯量控制单元包括：

第一运算模块，用于计算所述电网频率f_grid和所述频率参考值f_ref的差值，得到电网频率偏差f_err；