[发明专利]基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法

说明书

本申请实施例提出了基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法，包括构建背靠背换流器的并网系统；获取并网系统中系统频率变化率幅值的浮动值；将得到的浮动值作为调节虚拟惯性系数的基础进行虚拟同步机控制，在风机网侧换流器采用构网型VSM控制。通过频率变化率的反馈实现对惯性时间常数的灵活调节，进而实现系统的有功频率控制，避免风机风速突增时有功功率的振荡，提高风机并网系统的运行稳定性和构网型控制技术使用的有效性。

技术领域

本申请涉及电机驱动领域，尤其涉及基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法。

背景技术

全球电力系统正在向近100％可再生能源发电转型，而光伏、风电等新能源通常基于电力电子逆变器接入电网，这将导致传统同步电机的旋转惯量及其频率、电压机制的损失。当发生有功负荷波动时，低惯量系统无法维持频率在允许范围内波动，给大电网带来严重的稳定性挑战。通过在风机网侧逆变器采用虚拟同步机(VSM)类构网型控制策略，有望解决低惯量给系统带来的频率和电压稳定性挑战。

不同于传统需要锁相环的跟网型控制策略，VSM控制通过传统发电机(SM) 的摆动方程来模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，使系统在发生负荷扰动时的频率变化变缓，易于控制。当系统发生功率扰动而导致频率发生变化时，会影响系统的运行稳定性。

发明内容

本申请实施例提出了基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法，通过函数关系增大系统虚拟惯量系数，达到对系统虚拟惯量的灵活调节，从而提高系统的频率稳定性，让VSM控制技术也更具有实用性。

具体的，本申请实施例提出了基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法，所述方法包括：

S1，构建背靠背换流器的并网系统；

S2，获取并网系统中系统频率变化率幅值的浮动值；

S3，将得到的浮动值作为调节虚拟惯性系数的基础进行虚拟同步机控制，在风机网侧换流器采用构网型VSM控制。

可选的，所述S1包括：

风力发电机的输出端连接永磁直驱风机，永磁直驱风机的输出端连接背靠背换流器，背靠背换流器的输出端连接升压变压器的输入端，升压变压器的输出端连接系统电网。

可选的，所述S3包括：

虚拟同步机控制表达式如公式一所示，

其中，J为虚拟惯性系数，Dp为系统阻尼系数，ω_b为角频率参考值，ω为网侧逆变电源角频率，pset为网侧有功功率给定参考值，p为网侧逆变器输出有功功率。

可选的，所述方法还包括：

有功功率变化量随着惯性常数的增大而增大，但频率变化率随之减小，说明可以通过改变J的值调节有功功率和频率。

可选的，所述S3中进行虚拟同步机控制的表达式如公式二所示，

式中，|df/dt|为频率变化率，M为设定的频率变化率边界值，J为虚拟惯性常数，J0为频率变化率低于设定值的虚拟惯性常数，k1、k2为相应系数；

其中常数M、k1、k2是根据对系统功率、电压等参数在稳定范围内运行的影响程度确定。

可选的，所述方法还包括：

当|df/dt|＜M时，虚拟惯性系数J为固定数值；

当|df/dt|≥M时，惯性常数J与和df/dt相关的二次函数结合，在频率变化率较低时采用固定常数J₀，减少开关的切换次数；