[发明专利]一种直驱风机新型调频策略

权利要求书

1.一种直驱风机新型调频策略，其特征在于，所述策略在风力发电机传统最大功率跟踪控制的基础上，通过采用附加功率给定控制，利用风轮机机械动能实现虚拟惯量支撑，又在背靠背变流器直流母线侧配置储能，并结合变功率跟踪控制实现一次调频功能，最终使风机表现出并网友好型特点；新型调频策略包括步骤：

1)实时测量风电机组参数，包括系统频率偏差量Δf，系统频率微分量df/dt；

2)对频率偏差量Δf进行判断：当频率变动值Δf小于0.033Hz时，只进行惯量支撑，惯量支撑功率为P_J(t)：

P_N为风机的额定功率，T_J为风轮机转子惯性时间常数；当频率变动值大于0.033Hz时，时间T开始计时，前3秒内，惯量支撑发挥作用，3秒后惯量支撑结束，一次调频启动；

3)一次调频判断：若系统频率突增，采取直驱风机变功率点跟踪控制，减少机械功率出力以参加上单边调节，变功率点跟踪功率为P_VPPT：

K_U^*为上单边调频系数，f_N为电网额定频率，当满足变功率点跟踪功率P_VPPT小于最大功率跟踪功率P_MPPT时，风轮机捕获功率P_WT由P_MPPT切换为P_VPPT；

若频率突减，通过风机直流侧储能增加电磁功率输出以实现下单边调节，储能输出功率为ΔP_SC：

K_D^*为下单边调频系数，为超级电容额定输出功率；

4)一次调频持续时间判断：

|Δf|≤0.033Hz∪T＞30s

如果条件不满足，继续执行一次调频策略；如果条件满足退出一次调频：对于上单边调节，风轮机捕获功率P_WT由P_VPPT切换回P_MPPT；对于下单边调节，储能输出置零，且当频率大于额定值时，储能装置充电。

2.根据权利要求1所述一种直驱风机新型调频策略，其特征在于，所述虚拟惯量支撑的能量来源于由风轮机、轮毂、转轴以及发电机转子所具有的旋转动能，通过将惯量支撑功率P_J(t)叠加到风轮机捕获功率P_WT上，以此改变电磁功率和转子转速，释放旋转动能，为了建立起机侧转子机械频率F(t)与网侧电角频率f(t)的定量耦合联系，将额定转速作为参考基准，利用频率变化标幺值相等的原则，得到如下公式：

F_N为同步机的额定机械频率，n_N为风轮机转子额定转速。

3.根据权利要求1所述一种直驱风机新型调频策略，其特征在于，所述下单边调节由超级电容供能，且超级电容安装在风电机组背靠背变流器直流母线侧，网侧逆变器控制维持直流母线电压的稳定，保证逆变器向电网输出的功率等于直流侧输入，这样当储能向母线注入功率时，可以实时响应到电网侧。

4.根据权利要求1所述一种直驱风机新型调频策略，其特征在于，所述上单边调节所以采用基于变功率跟踪的调节方式，即正常状态下始终运行在最大功率点，频率升高触发一次调频后，电磁功率目标值由最大功率跟踪P_MPPT切换为变功率跟踪功率P_VPPT，不平衡功率引发转速变化，机械功率按风功率特性曲线降低，直到与电磁功率相等，转速固定，提供稳定的调节出力。