[发明专利]一种含双馈风机的两自由度风力发电系统的减振控制方法

说明书

本发明公开了一种含双馈风机的两自由度风力发电系统的减振控制方法，主要包括：构建含双馈风机和同步机的两自由度新能源发电系统以及建立柔性虚拟联轴控制器并设计其参数；判断系统中转子换流器的并网点处电网频率是否超出允许波动范围，如果是，将系统频率信号转换为同步发电机组功角信号，并与柔性虚拟联轴控制器输出的功角信号通过耦合关系形成功率变化量；基于功率变化量形成新的功率信号，经过阻尼惯量环节，更新双馈风电机组的功角；新的功角通过矢量变换生成转子换流器的电流参考值，控制风机功率，从而输出能够平抑系统振荡的能量。本发明利用反共振增强风机对系统功率振荡的响应能力，抑制系统振荡，提高电力系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及发电系统控制技术领域，特别是涉及一种含双馈风机的两自由度风力发电系统的减振控制方法。

背景技术

随着能源结构低碳式发展，以风电为代表的可再生能源电网渗透率逐年攀升。新能源高渗透引入的随机功率扰动，以及大规模电力电子设备接入导致电源间的电气解耦，均加剧了电网遭受功率振荡的风险。近年来，为提升新能源并网友好性，风电、光伏的频率、阻尼控制技术备受关注。由于变速风电机组具备较宽的转速调节范围，较强的控制潜力适于参与系统频率调整、阻尼功率振荡。大量研究成果表明，采用虚拟同步运行方式的风电机组，可以分担同步发电机组的调节压力。虽然新能源与系统间通过虚拟同步可建立耦合关系，但同步功频响应也将其潜力限制于模拟同步发电机的动态特性，电力电子设备赋予新能源的功率控制能力被传统电源严重束缚。目前，仅具有与同步发电机相当的动态调节特性，仍不足以发挥风电的可控能力，更加有效的控制方式尚需进一步探讨。

发明内容

本发明的目的是提供一种含双馈风机的两自由度风力发电系统的减振控制方法，利用转子换流器输出功率的快速可调节性，通过独立的风机功角控制，与同步发电机组构建两自由度新能源发电系统，实现双馈风电机组和同步发电机组柔性虚拟联轴耦合，利用反共振特性，增强风机对系统振荡的抑制能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种含双馈风机的两自由度风力发电系统的减振控制方法，该方法包括以下步骤：

S1，建立包含双馈风电机组和同步发电机组的两自由度新能源发电系统；

S2，根据系统中双馈风电机组功角独立控制以及功率守恒的原则，与同步发电机组构建功角耦合的动态模型，经线性化处理得到双馈风电机组和同步发电机组的两自由度柔性虚拟联轴控制器模型；

S3，检测系统功率振荡区段，由最优调谐和固定点理论设计两自由度柔性虚拟联轴控制器的参数；

S4，判断系统中双馈风电机组侧转子换流器的并网点处电网频率是否超出允许波动范围，如果是，转向步骤S5，如果否，转向步骤S4；

S5，将系统频率信号转换为同步发电机组功角信号，并与两自由度柔性虚拟联轴控制器输出的功角信号通过设计的两自由度柔性虚拟联轴控制器的耦合关系形成功率变化量ΔP_e；

S6，功率变化量信号ΔP_e和最大功率跟踪参考功率信号P_ref以及风机实际输出功率初始信号P_e0形成新的功率信号P＝P_ref-ΔP_e-P_e0；

S7，输入功率信号P，经过阻尼惯量环节，更新双馈风电机组的功角，输入至步骤S5和步骤S8；

S8，新的功角通过矢量变换生成双馈风电机组侧转子换流器的电流参考值，控制风机功率，从而输出能够平抑系统振荡的能量，并转向步骤9；

S9，检测系统振荡是否结束，如果系统仍然处于振荡状态，则转向步骤S5，若系统振荡结束，则闭锁两自由度柔性虚拟联轴控制器。