[发明专利]风机虚拟同步变惯量控制方法及系统

权利要求书

1.风机虚拟同步变惯量控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立包括同步发电机、双馈风电机组和并网换流器在内的双馈风机同步并网系统模型；

步骤2：基于系统稳定性要求确定双馈风电机组虚拟惯量及阻尼比的稳定区域；

步骤3：检测双馈风电机组并网点处电网频率信号，判断所述电网频率是否超出波动范围，是，转入步骤4，否，继续检测电网频率信号；

步骤4：将功角、母线电压及线路电抗信息输入控制器，计算得到此时双馈风电机组与同步发电机的耦合系数k；

步骤5：判断此时双馈风电机组运行状态下的虚拟惯量及阻尼比是否位于步骤2中所要求的稳定区域内，是，转回步骤3，否，转入步骤6；

步骤6：由系统阻尼比对双馈风电机组虚拟惯量的灵敏度确定虚拟惯量优化方向。

2.根据权利要求1所述的风机虚拟同步变惯量控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体内容包括：

基于双馈风电机组与相邻同步发电机功率平衡所得到的虚拟同步耦合关系，得到系统功率平衡方程为：

式中，H_G为同步发电机的惯量；H_vsg为双馈风电机组的虚拟惯量；k_f为双馈风电机组的调频系数；k_d为双馈风电机组的阻尼系数；k₁和k₂分别为调速器的比例系数和积分系数；k为双馈风电机组和同步发电机的耦合系数；Δω₁表示与双馈风电机组相邻的第一同步发电机转速小扰动量；ω₁为与双馈风电机组相邻的第一同步发电机转速；Δδ₁表示第一同步发电机功角小扰动量；ΔP_e3表示第二同步发电机的有功功率增量；

系统的等效惯量为H_G+kH_vsg，等效阻尼系数为k_f+k₁+k_d-k_dk，实现从四阶至二阶模型的降阶；

通过上述系统功率平衡方程建立的系统输出闭环控制框图，系统状态方程的传递函数写为：

其中：

对系统状态方程的闭环传递函数的极点全部位于复平面的左半平面时，系统稳定运行；由劳斯判据对系统参数进行初步界定，系统稳定的充要条件为：

动态性能指标可衡量系统动态运行抗干扰性能，其中超调量反映系统响应过程中的平稳度；

为保证频率波动时，系统有充足的惯量支撑，系统最小等效惯量应满足：

H≥H_min，

即

由于实际运行过程中，双馈风电机组可虚拟出的惯量大小取决于当前风速大小和转速，因此双馈风电机组虚拟惯量大小还应满足：

则系统等效惯量存在最大值，最大值为：

式中，k_max表示双馈风电机组和同步发电机的耦合系数最大值。

3.根据权利要求2所述的风机虚拟同步变惯量控制方法，其特征在于，所述的阻尼比ζ影响超调量σ，将系统的阻尼比ζ范围设计如下：