[发明专利]惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频方法及系统

说明书

本发明公开了一种惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频方法及系统，包括：在扰动发生之后，系统发生频率跌落；同步机测量初始频率变化率；利用初始频率变化率计算实际有功不平衡量；利用简化的系统频率响应模型计算出虚拟的系统频率偏移量；利用虚拟频率偏移量代替同步机转速变化量作为调速系统的输入信号；计算风机实际增发功率，在风机实际增发功率的前提下加上约束条件得到风机的实际输出功率。本发明方案可在系统满负荷不平衡的情况下使同步机增发机械功率，并且不需在同步机和风机之间设置通信设备。提出的协同调频策略也可以改善由于惯性控制退出造成的频率二次跌落现象。

技术领域

本发明涉及惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频技术领域，具体而言，涉及到一种惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频方法及系统。

背景技术

随着风电的渗透率增大，现代电网系统面临着巨大的挑战。传统同步机的减少和基于转换器控制的风机由于转速和频率解耦无法为系统惯性做出贡献导致了系统惯性的降低。经历了有功不平衡的扰动后低惯性系统会发生频率跌落现象。因此，为了保证系统频率的稳定性提高风机为系统频率做出贡献的能力是很有必要的。

近年提出的风机的惯性控制策略是在检测到系统频率跌落的信号后，增发有功功率，并在扰动发生后释放转子中储存的动能至系统。在惯性控制下，扰动发生后风机能提供很小的惯性，提高系统频率的稳定性。在过去的时间里对惯性控制的影响和提高系统惯性的方法展开了广泛的研究。

然而，惯性控制对系统也有一些不利的影响。首先，惯性控制中最明显的不足是在频率调节过程中风机有着较快的有功功率响应，这样会隐藏系统中有功功率的不平衡,导致同步机拒绝更多的机械功率并延迟其响应。另一个关注的问题是在惯性控制下系统频率调节过程中，风机通过减少有功功率返回至正常运行点，这会导致系统频率明显的下降，称之为频率二次跌落现象。

目前所进行的研究中，将风机的有功功率增量传递给传统的同步机，使调速器能在满负荷不平衡的状况下更快的增发机械功率。但实际上，这些方法在联络系统上的花费都比较高，并不经济。

为了降低和消除频率二次跌落现象，提出了一些平缓的终结惯性控制的方法，如基于动态下垂特性的惯性控制和基于扩展状态观测器的惯性仿真控制器。此外，还可以通过能量储存设备来降低频率的二次跌落。在惯性控制过程中值得注意的是，由于控制系统的动态特性，同步机的机械功率增大，引发超调。这种超调是可以用来补偿惯性控制过程终结时降低的功率，降低系统频率的二次跌落现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频方法及系统，首先分析了风机和同步机的输出功率特性和在惯性控制中的系统频率响应，提出了一种风机与传统同步机的协同调频策略。在惯性控制中应用此策略，同步机能够在系统满负荷不平衡的情况下无需与风机通信就可以增发机械功率。而且，通过重新设计风机的输出功率，同步机超调的机械功率可用来降低频率的二次跌落现象。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种惯性控制下基于转换器控制的风机和同步机协同调频方法，包括：

在扰动发生之后，系统发生频率跌落；

同步机测量初始频率变化率；

利用初始频率变化率计算实际有功不平衡量；

利用简化的系统频率响应模型计算出虚拟的系统频率偏移量；

利用虚拟频率偏移量代替同步机转速变化量作为调速系统的输入信号；

计算风机实际增发功率，在风机实际增发功率的前提下加上约束条件得到风机的实际输出功率。

进一步地，所述调速系统利用初始频率变化率计算实际有功不平衡量，具体为：