[发明专利]风电机组虚拟惯量控制方法、系统、存储介质及计算设备

权利要求书

1.一种风电机组虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)初始化状态：

风电机组上电后自检，当其安全链处于正常状态，等待风电机组并网发电后，进行风电机组数据的读取，读取风电机组变量：当前需求并网有功功率P₁、转速V、转矩T₂及频率变化率df/dt；所述转速V为风电机组实时机械转速，所述转矩T₂为风电机组的控制器计算得到的转矩参考值，所述功率P₁为风电机组的控制器计算得到的需求并网有功功率值，所述频率变化率df/dt为风电机组的全功率变流器或双馈变频器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc后，利用全功率变流器或双馈变频器的锁相环(PLL)计算获得；检测风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号F1，当检测到F1＝0时，表示初始化完成，进入虚拟惯量控制判断；当检测到F1＝1时，再次进入初始化；

2)虚拟惯量控制判断：

进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，当超出死区范围时进入虚拟惯量控制目标功率计算，否则风电机组虚拟惯量调节偏差值设置为0；具体执行如下过程：

2.1)判断风电机组是否如果是则执行步骤2.2)，否则风电机组虚拟惯量有功调节量命令值设置为0，即虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0；其中，P_10min为风电机组10mins平均发电有功功率值，P_N为风电机组额定有功功率，为启动功率百分比；

2.2)进行风电机组是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风电机组虚拟惯量调节偏差值ΔP_虚拟惯量＝0，流程结束，若不在死区范围内，则进行步骤3)；其中，是否在死区范围内的判断方法如下：

当f_low≤f≤f_up，频率在死区范围内；

当或频率在死区范围外，进入有功调频；

其中，f为采集的电网同步频率值，f_low为频率死区下限值，f_up为频率死区上限值；

若或锁定并取值进入调频瞬间风电机组发电有功功率值P₀，进入步骤3)的虚拟惯量控制目标功率计算；

3)虚拟惯量控制目标功率计算：

所述虚拟惯量控制目标功率计算采用如下公式：

式中，T_J为模拟传统同步发电机惯性时间常数，f_N为电网额定频率；

4)动能调节值限幅控制：

求取动能需求调节功率值，并对最终下发执行动能调节值进行限幅，并下发；具体执行如下过程：

求取动能需求调节功率值ΔP_动能需求：

ΔP_动能需求＝(P₀+ΔP_虚拟惯量)-P₁

计算动能调节能力的最大值ΔP_{动能能力max}：

式中，T_{惯量剩余持续时间}＝T_{调节最大允许运行时间}-T_调节计时，T_{调节最大允许运行时间}由风电机组设计能力参数决定，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间，ΔP_{动能能力max}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最大值，J为风电机组的叶轮转动惯量，V_min为最小并网转速；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力max}与factor*P_N取最小值，公式如下：

ΔP_动能max＝min(ΔP_{动能能力max}，factor*P_N)

式中，factor为饱和系数；

计算惯量调节能力的最小值ΔP_{动能能力min}：

式中，ΔP_{动能能力min}为风电机组的叶轮存储升功率动能功率能力最小值，V_max为最大并网转速允许值；

动能能力饱和取值，ΔP_{动能能力min}与factor*P_N取最大值，公式如下：

ΔP_动能min＝max(ΔP_{动能能力min}，factor*P_N)

判断ΔP_动能需求是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行降功率动能限幅，否则执行升功率动能限幅；再进入目标功率值计算，公式如下：

P₂＝P₁+ΔP_动能执行

式中，P₂为风电机组的主控制策略功率控制目标值，ΔP_动能执行为最终下发执行动能调节值；

5)虚拟惯量启动控制：

通过风电机组的控制器判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，控制器会保持初始化状态，如满足进入虚拟惯量控制；具体执行如下过程：

风电机组的主控系统开始判断虚拟惯量控制的边界条件是否满足，当边界条件不满足时，不能进入启动状态，主控系统会保持初始化状态；其中，边界条件为：

a、ΔP_虚拟惯量≠0；

b、桨距角Anglel＜1°，所述桨距角Angle1为风电机组的叶片相对水平面角度；

c、转速V大于风电机组额定转速的Ω倍，Ω值由风电机组设计决定；

d、转矩T₁大于风电机组的发电机转矩最小值；

e、转速V持续下降，持续时间不超过t2，t2值由风电机组设计决定；

f、T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}；

g、输入的目标功率值时，转速V大于风电机组的发电机最小并网同步转速V_min；

以上条件均满足时，则达到边界条件要求，任意一条不满足时，对变量F2赋值，所述F2为超出边界条件标志，F2＝0表示边界条件不满足，则主控系统返回初始化状态，直到边界条件满足时，对变量Mflag赋值，所述Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，Mflag＝1表示风电机组进入虚拟惯量控制；

6)虚拟惯量控制：

给风电机组的全功率变流器或变频器下发转矩参考值指令，并计时，当计时时间超过设定值或检测频率恢复到死区范围内时，进入虚拟惯量控制退出；具体执行如下过程：

当风电机组进入虚拟惯量控制状态时，T_调节计时开始计时，主控系统会根据计算出的转矩值T₁，转矩值T₁需要限制在一个合适的范围内并设置最大转矩限定值T_max防止机组过载，并且需要限定转矩的变化率，以便转矩值以合适的速率进行变化，防止超过转矩的最大幅值，其中，T₁＝MIN(P₁/V，T_max)；

另外，为防止控制目标值突变导致风电机组载荷突增和大转速波动，需进行定步长控制，具体逻辑如下：

检测ΔT的值，ΔT为T₁与T₂的差值；当ΔT的值小于K倍转矩控制精度时，T₃＝T₂；当ΔT的值大于K倍转矩控制精度，T₁＞T₂时，T₃＝T₁-T_步长；当T的值大于K倍转矩控制精度，T₁＜T₂时，T₃＝T₁+T_步长；系数K根据风电机组控制参数设计确定，T_步长为每次调节转矩步长，由风电机组载荷和控制设计决定；最终下发转矩T₃给风电机组的全功率变流器或双馈变频器执行输出；

当T_调节计时≥T_{调节最大允许运行时间}或f_low≤f≤f_up时，完成整个虚拟惯量控制，进入步骤7)的虚拟惯量控制退出；

7)虚拟惯量控制退出：

在虚拟惯量控制退出状态下，将F1赋值为1，把ΔP_虚拟惯量、Mflag、T_调节计时赋值为0；其中，F1为风电机组的退出虚拟惯量控制标志信号，ΔP_虚拟惯量为风电机组的虚拟惯量调节偏差值，Mflag为功率快速跟踪控制启动标志，T_调节计时为虚拟惯量控制持续时间。