[发明专利]基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立包括双馈风机原动机控制和虚拟同步发电机控制的风机系统小信号模型并转化为状态空间矩阵形式；

S2，利用S1中得到的风机系统的状态空间矩阵，根据控制系统参数计算临界振荡风速；

S3，利用锁相环技术实时检测控制系统的电网频率ω_m；

S4，判断双馈风电机组DFIG1侧转子换流器的并网点处电网频率偏差Δω_m是否超出允许的波动范围Δω₀；若是，则执行步骤S5，若否，则执行步骤S1；

S5，实时检测控制系统的运行风速v_w，动态识别双馈风电机组DFIG1的运行状态；

S6，判断运行风速v_w是否大于临界振荡风速v_ov，若是，则执行步骤S7，若否，则执行步骤S8；

S7，切换虚拟同步发电机策略控制双馈风机参与系统频率调整；

S8，切换下垂策略控制双馈风机参与系统频率调整；

S9，利用步骤S7或S8所选控制策略进行调频控制，判断控制系统的电网频率是否恢复；若否，则返回，执行步骤S3，若是，调频控制结束；

所述步骤S1中，建立包括双馈风机原动机控制和虚拟同步发电机控制的风机系统小信号模型并转化为状态空间矩阵形式，具体包括：

基于同步发电机组转子运动方程把虚拟惯性控制引入双馈风机控制算法中，不考虑电网侧的扰动，ω_g为系统角频率测量值，由于锁相环技术的局限性导致存在偏差，用角频率参考值ω_ref代替，令系统角频率测量值变化量Δω_g＝0，得到风机系统小信号模型：

由于Δω_m＝sΔθ，上式整理为Δθ的高阶微分方程：

s⁴Δθ+a₁s³Δθ+a₂s²Δθ+a₃sΔθ+a₄Δθ＝0

其中：

将小信号模型整理为状态空间矩阵形式：

其中，

状态变量x为：

由于不考虑电网侧的扰动，令输入量u＝0，B＝0；

其中，K_ω为频率下垂控制系数；J和D分别为虚拟惯性系数和阻尼系数；λ_opt为最优叶尖速比；R为风轮半径；H为双馈风电机组固有惯性时间常数；k_pv为转速控制器比例系数；k_iv为转速控制器积分系数；E为VSG的输出电压；U为电网电压；θ为阻抗角，Z为系统阻抗；v_w0为稳态运行工作点风速。

2.根据权利要求1所述的基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制方法，其特征在于，所述步骤S2，利用S1中得到的风机系统的状态空间矩阵，根据控制系统参数计算临界振荡风速，具体包括：

通过求解风机系统小信号模型高阶微分方程的特征根，将虚部为零的特征根对应的风速作为临界振荡风速v_ov，公式为：

根据控制系统参数，利用公式计算得到临界振荡风速v_ov，将监测的实时运行风速与临界振荡风速的对比情况作为双馈风机调频控制方式选择的依据。