[发明专利]基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法

权利要求书

1.基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于风电机组特性构建风能转换系统数学模型，并采用小信号分析法，选取风电机组的稳定工作点对风能转换系统进行线性化，以构建风能转换系统线性化模型；

步骤2：基于步骤1构建的风能转换系统线性化模型，在线性化模型的功率控制器后附加一个虚拟滤波器传递函数，并通过使含虚拟滤波器传递函数的整个风能转换系统传递函数与在风能转换系统输出端附加一个物理储能系统的整个传递函数相等的方式，求解得虚拟滤波器传递函数；

步骤3：基于步骤2获得的虚拟滤波器传递函数，采用双边线性变换法对其进行离散化，以确定适用于实际数字控制器的虚拟滤波控制方程，然后通过执行含虚拟滤波控制方程的数字控制器，实现风电机组输出功率波动的平滑。

2.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤1的风能转换系统数学模型包括风力机、机械传动系统、发电机以及功率控制器四个部分，风力机从风中获取机械动力，然后通过机械传动系统驱动发电机，然后根据功率控制器输出的有功功率参考值产生电能；对于整个风能转换系统数学模型，输入为风速，输出为风电机组输出功率。

3.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤1的风电机组的稳定工作点为风电机组稳定运行时的风速、转子转速以及输出功率，由、以及表示。

4.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤1的风能转换系统线性化模型包括转子速度响应单元和风能响应单元两个部分，输入为风速相对于其标称值的偏差，输出为风电机组注入电网的有功功率变化，可准确反应由风速波动引起的功率波动。

5.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤2的物理储能系统作为一阶低通滤波器被控制以滤除风电机组输出功率中的高频波动，可表示为

；

其中，为一阶低通滤波器的传递函数，为一阶低通滤波器时间常数，为复变量。

6.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤2的虚拟滤波器传递函数能够实现与实际物理储能系统同等的滤波效果，可表示为

；

其中，为复变量，表示为虚拟滤波器传递函数，、、以及表示为风电机组线性化模型的转子速度响应单元传递函数，表示为风电机组线性化模型的风能响应单元传递函数，表示为一阶低通滤波传递函数，为机械转矩，为风电机组的转子速度，为电磁转矩、为输出功率、为机械转矩与电磁转矩之间的不平衡转矩。

7.如权利要求1所述的基于转子动能调节的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法，其特征在于：所述步骤3的虚拟滤波控制方程，其输入为虚拟滤波控制前风电机组输出的有功功率信息，输出为虚拟滤波控制后风电机组输出的有功功率参考值，有功功率参考值直接应用于实际的数字控制器中以执行虚拟滤波控制，由如下方程表示：

；

其中，、为离散化后的虚拟滤波器传递函数参数，为离散化后的虚拟滤波器传递函数的最高阶次，、分别为虚拟滤波控制前后风电机组输出的有功功率，为离散序列号，为离散序列号的最大值。