[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

说明书

本发明公开了一种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，其中，双馈风电机组DFIGsubgt;1/subgt;利用虚拟同步发电机和下垂控制策略的自适应切换来适应不同运行风速下的调频需求；具体地，根据系统的控制参数，建立虚拟同步控制下风机系统的小信号模型，计算系统的临界振荡风速，通过比较实际运行风速和系统临界振荡风速，在虚拟同步机控制和下垂控制中合理切换。本发明提供的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，有利于双馈风机适应不同的风速，在降低系统振荡失稳风险的前提下，提升了调频效果。

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。

背景技术

随着高比例可再生能源的大规模并入，大型风电机组的接入对系统暂态特性的影响已受到广泛关注。目前，为获得最大能源利用率，各类形式的风电机组并网换流器采用独立于电网的功率调节方式，导致换流器的功率控制与电网频率解耦，双馈风力发电机(Doubly fed Induction Generator，DFIG)由于其风能转化效率高、并网简单、成本低等优势，成为风力发电市场的主流机型。目前，为获得最大能源利用率，各类形式的风电机组并网换流器采用独立于电网的功率调节方式，造成转子转速与系统频率不存在耦合关系，风机转动惯量为零，大规模风电接入将会明显减弱系统的调频能力。风电主动参与系统频率调整是风电大规模并网后为保证电力系统安全稳定运行的必然选择。当前为了简化计算分析，风机的控制在建模时大多考虑风速恒定时的运行方式，而实际临界振荡风速是随风速波动而不断改变的。在不同的运行风速下，不同的调频控制策略在频率稳定性和输出功率振荡方面表现不同。针对风机运行状态对不同控制的调频特性不同影响，根据临界振荡风速选择适当的调频控制器，有利于提高风机系统的调频能力和稳定性。因此，提供一种基于临界振荡风速的双馈风机多模式自适应调频控制方法十分有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，通过检测系统运行状态，以实际运行风速和临界振荡风速的大小关系为依据，在虚拟同步发电机控制和下垂控制之间合理切换，在避免系统振荡失稳、充分保证系统稳定的前提下，提升风机系统的惯性响应和功率支撑能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制系统，包括：同步发电机G₁、同步发电机G₂、双馈风电机组DFIG₁、并网逆变器、变压器T₁、变压器T₂、变压器T₃、负荷L₁、负荷L₂、负荷L₃、母线B1、母线B2、母线B3、母线B4、阻抗b₁、阻抗b₂和阻抗b₃，同步发电机G₁通过变压器T₁连接至母线B1后经阻抗b₁连接至母线B4，同步发电机G₂通过变压器T₂连接至母线B2后经阻抗b₂连接至母线B4，双馈风电机组DFIG₁依次通过并网逆变器、变压器T₃连接至母线B3，后经阻抗b₃连接至母线B4上，负荷L₁和负荷L₃直接接入母线B4，负荷L₂直接接入母线B1，其中变换控制器内采用基于临界振荡风速的虚拟同步和下垂自适应切换控制策略，以此来实现对双馈风机并网逆变器的控制，所述双馈风电机组DFIG₁利用虚拟同步发电机和下垂控制策略的自适应切换来适应不同运行风速下的调频需求。

本发明还提供了一种基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制方法，应用于上述的基于临界振荡风速的双馈风机自适应调频控制系统，包括以下步骤：