[发明专利]提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法及系统，包括：当系统发生频率事故时，将双馈风电机组从MPPT控制模式切换到短时过载控制模式实现调频；在短时过载控制模式下，控制输出有功功率参考值使其先增至转矩极限条件下初始转速对应的功率极限，然后沿着抛物线BM减小至点C对应的风机捕获的机械功率值，最后沿着弧线CA减小至点D对应的最大风能跟踪功率；其中，抛物线BM以点M为顶点经过点B且开口向上，弧线CA过点C和点A，且与MPPT曲线存在除端点外的交点；点C为抛物线BM与机械功率曲线的交点；点D为弧线CA与MPPT曲线除端点外的交点；本发明提高了频率跌落的最低点，具有更强的频率支撑能力，也避免了电网频率二次跌落问题。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，更具体地，涉及一种提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法及系统。

背景技术

双馈风电机组具有能量双向流动、调速范围宽、有功无功解耦控制、转子励磁等优点，成为了目前市场上广泛使用的风机类型。随着风电在电网中渗透率的提高，为保持电力系统的安全稳定运行，各国提出了严格的风电机组并网规范，其中风电机组的惯量相应能力备受关注。然而，由于双馈风电机组通常工作在最大风能跟踪(Maximun Power PointTracking,MPPT)曲线上，导致双馈风力发电机组转速和电网频率之间不再直接耦合。因此，电网发生频率跌落时，风电机组几乎不对电网提供惯量。目前，为抑制频率事故发生时频率的下降，现有研究通常采用虚拟惯性控制方法来对功率曲线进行优化，即通过调节有功功率输出，释放转子动能，使之具备与同步机类似的抑制频率跌落的能力。

现有的惯性控制主要分为以下两类：一类是基于频率响应的惯性控制(Frequency-Based Inertial Control，FBIC)；另一类是逐步惯性控制(StepwiseInertial Control，SIC)。FBIC虽然可以提高频率最低点，但由于其需要额外加入频率的回路，依赖于对频率的测量，导致系统的响应较慢。而SIC响应速度快，可以释放更多的转子动能，更有效地提高频率最低点。但常规的SIC在转子减速过程中所采用的减速曲线并不会经过转速的减速最低点，存在可能造成转子动能过度释放的问题。同时，转速恢复过程中尽量具有较大地功率下降，但瞬时功率下降量过大又会带来二次频率跌落问题。

为了解决常规SIC所存在的转子过度释放动能造成切机的问题以及二次频率跌落问题，已有一部分学者研究了改进的SIC控制策略，如短时功率支撑(TFS)。这种方法重新设计了减速阶段的减速曲线，使得该减速曲线经过减速最低点，以避免转子动能的过度释放；为了满足转子动能的释放量达到一定标准，提高频率跌落的最低点，这种方法所采用的减速曲线先附加了ΔP(如图7所示)并保持了一段时间；为了避免传统SIC在退出调频时输出功率减小所造成严重的二次频率跌落，TFS采用沿直线下降，但其减速阶段时间较长，仍然存在二次频率跌落的风险。而减速阶段频率支撑的时间较长也会导致转速恢复的时间较长，转速无法快速恢复，不能快速跟踪最大风能，导致风能利用率较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法及系统，用以解决现有技术在进行惯性控制时存在的二次频率跌落的技术问题。

为了解决上述目的，第一方面，本发明提供了一种提升双馈风电机组调频能力的功率曲线优化方法，电力系统发生频率事故之前，双馈风电机组工作在MPPT控制模式，稳态运行在点A(ω₀，P_A)；ω₀为初始转速，P_A为初始转速所对应的最大风能跟踪功率；

当电力系统发生频率事故时，判断电力系统的频率偏差是否大于预设偏差，若是，则执行以下步骤：