[发明专利]双馈可变速抽水蓄能机组的自适应动态虚拟惯量调频方法

说明书

本发明涉及一种双馈可变速抽水蓄能机组的自适应动态虚拟惯量调频方法，适应于含有可变速抽水蓄能机组和风力发电机组的联合孤岛系统，通过惯性控制启动模块来启动可变速抽水蓄能机组惯性响应；通过检测频率偏差值变化率dΔf/dt，引入修正因子α改变控制系数，自动控制机组的有功输出，实现双馈可变速抽水蓄能机组对电网提供动态频率支撑；通过惯性控制停止模块来停止可变速抽水蓄能机组惯性响应；当系统频率事故发生时，较传统下垂控制和固定参数虚拟惯量控制，该发明通过动态补偿双馈变流器机侧参考功率，能有效提高系统频率跌落最低点、降低频率下跌速度，减小频率达到稳定的时间，具备对电力系统更好的惯性支撑能力和一次调频响应能力。

技术领域

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，具体涉及一种含有可变速海水抽水蓄能机组和风力发电机组的联合孤岛系统的双馈可变速抽水蓄能机组的自适应动态虚拟惯量调频方法。

背景技术

近年来新能源发电技术得到快速发展，但新能源出力间歇性和波动性的特点降低了电力系统频率稳定性。当前，具有调峰填谷、调频调相、事故备用等多种功能的抽水蓄能系统，是确保电力系统安全稳定运行最经济有效的手段之一。

基于双馈控制技术的可变速抽水蓄能机组，相比于传统的同步发电机，具有控制灵活、响应迅速等优点。然而双馈变流器的功率解耦控制特性，使得可变速抽水蓄能机组中双馈电机的转子不能响应电网频率变化，对系统惯量贡献为零。为使可变速抽水蓄能机组能够像传统同步发电机一样自动参与系统频率调节，提高应对大规模新能源接入系统导致频率波动的能力，已有研究证明，对双馈机组施加虚拟惯量控制，能够有效提高系统频率稳定性。

现有方法的虚拟惯量控制多采用比例微分控制器，将微分控制环节和有功/频率下垂控制环节相结合，将控制指令叠加在机组的功率参考上。将虚拟惯量引入到双馈风机的控制中，使双馈风机能响应系统频率变化，提高系统的整体惯量。然而现有大量虚拟惯量控制的方法主要针对双馈风机，少量方法仅涉及到可变速抽水蓄能机组的虚拟惯量控制策略的可行性分析和建模。而已有的可变速抽水蓄能机组虚拟惯性控制方法也存出一些缺点。首先采用df/dt 控制环节的虚拟惯性控制会存在负阻尼问题。其次采用固定控制系数的虚拟惯性控制，机组能在负荷扰动时模拟同步机组惯量特性，提供短时功率支撑，减缓系统频率下跌的速度，但忽视了机组运行工况的变化，不能充分利用可变速抽水蓄能机组的实时可用容量来发挥可变速抽水蓄能机组转速可调范围大的优点。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种双馈可变速抽水蓄能机组的自适应动态虚拟惯量调频方法。

本发明所采用的技术方案是：通过惯性控制启动模块来启动可变速抽水蓄能机组惯性响应；通过检测频率偏差值变化率dΔf/dt，引入修正因子α改变控制系数，自动控制机组的有功输出，实现双馈可变速抽水蓄能机组对电网提供动态频率支撑；通过惯性控制停止模块来停止可变速抽水蓄能机组惯性响应。

具体技术方案是：

一种双馈可变速抽水蓄能机组的自适应动态虚拟惯量调频方法，适应于含有可变速海水抽水蓄能机组和风力发电机组的联合孤岛系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1:当电力系统正常运行时，系统频率保持稳态同步,惯性控制启动条件不满足，双馈机组侧附加功率△P＝0，功率控制器输出值稳态电磁功率参考值P₀，此时水轮机调速器输出最优转速参考值，双馈可变速抽水蓄能机组工作在恒定功率状态；

步骤2:当电力系统发生功率缺额时，系统频率发生变化，通过设置系统频率偏差和频率变化率判断条件启动自适应动态虚拟惯性响应,启动自适应动态虚拟惯性响应的过程为:

当电力系统发生功率缺额时，频率发生变化，频率偏差和频率微分增大，当满足式1时，自适应虚拟惯性控制启动: