[发明专利]一种新能源发电装备快速频率响应控制方法

说明书

本发明公开了一种新能源发电装备快速频率响应控制方法，属于新能源发电装备主动频率支撑领域，包括：通过锁相环实时获取电网角频率偏差信号；角频率偏差信号经频率控制环节和超前补偿环节处理得到q轴补偿电压信号，锁相环原始q轴电压信号与该补偿电压信号作差后的误差信号重新经过锁相环计算，得到锁相角信号；新能源发电装备的控制回路基于该锁相角信号产生控制信号，实现新能源发电装备对电网频率的快速频率支撑。本发明通过超前补偿和控制器参数优化，降低了惯性响应期间滤波延时的影响，提升了频率支撑的响应速度和支撑效果，适用于传统矢量控制下包含锁相环的各种新能源发电设备。

技术领域

本发明属于新能源发电装备频率支撑领域，更具体地，涉及一种新能源发电装备快速频率响应控制方法。

背景技术

构建新能源为主体的新型电力系统成为未来电力系统发展的必然趋势。但是，随着电力系统中新能源渗透率的提升，电力系统的频率动态急剧恶化，威胁电力系统的稳定运行。异于同步机主导的电力系统，新能源主导的新型电力系统中同步机比例逐渐降低，以致无法满足频率扰动期间系统有功调节的需求。为此，新的新能源并网标准对惯性响应和一次调频能力提出明确要求。

现有的新能源发电装备常通过外加储能装置实现对电网频率的主动支撑，但是，通过增加外部装备极大的增加了系统运行的成本。为此，通过利用新能源发电装备自身储备的能量实现主动频率支撑成为一种具备发展前景的替代方案。以双馈风机为例，双馈风机的储能环节主要在其由浆距角变化引起的能量变化和转子动能。一些研究直接针对双馈风电机组的机械部分特性优化，功率跟踪曲线和浆距角备用运行成为双馈风机参与系统调频重要方式，但是，直接针对机械特性的优化会导致响应系统频率变化的调节时间过长。

另一方面，部分学者通过对风机控制环节进行优化，通过控制环节对频率扰动的响应带动机械部分的变化实现对电网频率的支撑。典型控制方式是在传统的矢量控制的基础上在外环添加与频率相关的辅助控制环节实现惯性响应和一次调频。但是，因为这些控制方式通常在外环实施，响应速度较慢，此外，针对惯性控制，频率微分项需要引入滤波环节，极大地影响频率扰动期间装备响应时间。

尽管有部分学者通过降低锁相环和电流环的带宽使得新能源发电装备能够提供频率支撑能力，但这些方式较大地牺牲了电力电子期间快速性的优势，无法兼顾新能源装备风机的其它工况。因而，如何快速响应频率扰动成为频率响应期间亟需解决地问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新能源发电装备快速频率响应控制方法，旨在解决现有电网频率响应速度较慢的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种新能源发电装备快速频率响应控制方法，包括：

通过新能源发电设备的锁相环获取电网实时角频率偏差信号，使所述角频率偏差信号经过频率控制环节和超前补偿环节，得到新的q轴电压补偿信号；

将锁相环q轴原始电压信号与q轴电压补偿信号作差，经过闭环调节，得到新的锁相角信号；

所述新能源发电设备的控制环路基于所述新的锁相角信号，产生对新能源发电设备的控制信号，实现新能源发电设备对电网频率的主动支撑。

进一步地，所述超前补偿环节具体为：

对所述角频率偏差信号，通过频率控制环节、超前补偿环节得到补偿得到q轴电压补偿角信号v_qa；

对所述q轴电压补偿信号v_qa和坐标变换得到的q轴电压信号作差，得到补偿后的q轴电压信号，经过锁相环闭环计算获得新的锁相信号θ_pll。

本发明的进一步有益效果是：使得锁相环的输出相角与电网角频率偏差量相关，增加或减小了锁相环的输出相角，使得新能源发电装备能够提供快速频率支撑能力。