[发明专利]风机虚拟同步变惯量控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种风机虚拟同步变惯量控制方法及系统。本发明采用的方法包括步骤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：计算耦合系数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。本发明使风机兼具惯量和阻尼两方面的并网支撑性能。

技术领域

本发明涉及新能源发电系统控制技术领域，特别是一种基于功率耦合的风机虚拟同步变惯量控制方法及系统。

背景技术

随着可再生能源的大规模并入，高比例风电机组的接入对电网系统稳定特性的影响已受到广泛关注。传统控制下的风机无法灵活响应系统频率变化，提供惯性支持，风机的友好并网特性可通过虚拟同步发电机技术实现，用以模拟同步发电机的惯量、调频、阻尼及调压等多种运行特性，主动为电网提供动态稳定支撑。

然而，植入虚拟同步发电机技术后的风电机组，其惯量与阻尼特性之间存在一定矛盾，不当的惯量设置方式将严重削弱风电机组并网后系统阻尼功率振荡的能力，如何利用虚拟同步控制灵活的参数调节能力协调惯量与阻尼特性之间的矛盾，提高机组并网支撑能力，将是实现高比例风电接入系统，助力双碳目标的又一关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于功率耦合的风机虚拟同步变惯量控制方法及系统，其利用系统功率平衡关系得到双馈风电机组与并网同步发电机之间的功角耦合关系，考虑耦合系数，从提高系统稳定性层面出发，提出风机的惯量参数调节范围及变惯量控制，使风机兼具改善系统频率及阻尼功率振荡的并网支撑性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的一种技术方案为：风机虚拟同步变惯量控制方法，其包括：

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。

进一步地，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；ω₁为与双馈风电机组相邻的第一同步发电机转速；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表示第一同步发电机转速小扰动量；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；