[发明专利]一种变速风电机组频率控制器参数的优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种变速风电机组频率控制器参数的优化方法及装置，首先确立风电机组的频率控制策略，并根据该频率控制策略确定关键参数及其数值范围；建立系统频率响应综合模型，将确定的满足范围限定要求的关键参数带入系统频率响应综合模型，获得系统频率响应曲线；由描述系统频率变化的指标构成多目标函数来量化系统的频率响应曲线，并在已知关键参数范围的前提下，获得最大适应度对应的频率控制器参数。上述方法能够在确立调频策略的前提下优化该策略的调频效果，从而充分发挥风电机组的频率控制效果。

技术领域

本发明涉及风力发电有功功率控制技术领域，尤其涉及一种变速风电机组频率控制器参数的优化方法及装置。

背景技术

风力发电在电力系统中所占比重越来越大，尤其是变速风力发电机，由于其优越的控制性能，在电力系统中已经广泛采用。与传统同步发电机相比，变速风电机组通过电力电子装置并网，对电网动态表现出无惯性或弱惯性。随着风电渗透率的增加，挤压了同步发电机的发电功率，电力系统的惯性常数会减小，意味着当系统出现不平衡功率时，频率变化会变快。此外，风电机组通常运行在最大功率跟踪(MPPT)状态以获得相应风速下最大的输出功率，很难再提供额外的功率来调节系统的频率。为了保证电力系统的安全稳定运行，有必要挖掘风电机组的控制潜力，控制风力发电机组为系统提供频率支撑。

目前，通常利用风电机组在MPPT运行时所具有的旋转动能或者通过降载控制储备一定的有功功率来实现风电机组参与系统频率控制。利用旋转动能的控制方法，正常情况下不影响风电机组的运行，因而引起了更多的关注。然而，不同运行状态下的风力发电机能够利用的旋转动能不同。为了充分发挥风电机组的频率控制能力获得较好的频率控制效果，需要根据风电机组的运行状态选择控制器参数。此外，风电机组通过变频器并网，在一定范围内具有任意波形功率输出能力。如何控制风电机组功率输出使其发挥更好的控制效果有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种变速风电机组频率控制器参数的优化方法及装置，该方法及装置能够在采用的风电机组调频策略下获得优化的频率控制效果，从而充分发挥风电机组的频率控制能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种变速风电机组频率控制器参数优化方法，所述方法包括：

步骤1、确立风电机组的频率控制策略，并根据该频率控制策略确定关键参数及其数值范围；

步骤2、建立系统频率响应综合模型，将确定的满足范围限定要求的关键参数带入系统频率响应综合模型，获得系统频率响应曲线；其中，所述系统频率响应综合模型包括不同类型的同步发电机模型和含有频率控制器的风力发电机模型；

步骤3、由描述系统频率变化的指标构成多目标函数来量化系统的频率响应曲线，并在已知关键参数范围的前提下，获得最大适应度对应的频率控制器参数。

在步骤1中，所采用的风电机组的频率控制策略表示为：

其中，P_ref表示风电机组在参与系统频率控制时输出功率的参考值；P_m表示风电机组的机械功率；ω_r表示风电机组的转速；ω_r0表示系统频率发生扰动时风电机组的初始转速；K为比例系数；ω_dec表示风电机组释放旋转动能结束时的转速；

所述关键参数为：K和ω_dec；

所述关键参数的数值范围由风电机组的运动方程确定，所述运动方程为：

其中，H为风电机组的惯性常数，Pe为风电机组的输出功率。

在步骤2中，

所述同步发电机模型由涡轮机模型和调速器模型构成；