[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

说明书

本发明属于发电变电技术领域，具体涉及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，用于解决风电机组输出功率波动问题的同时减少风能损失。本发明基于风电机组转子动能的调节能力，改变风电机组输出的有功功率参考值迫使转子加速或减速，使其吸收或释放的动能与功率波动方向相反，以实现风电机组输出功率波动平滑的同时不会造成明显的风能损失。本发明的风电机组输出功率虚拟滤波控制方法能充分利用风机转子动能的调节能力，不需要部署物理储能系统，但仍能滤除风电机组输出功率中的高频波动，显著平滑风电功率波动且不会造成明显的风能损耗。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及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。

背景技术

风力发电作为新能源发电技术的一种，具有技术成熟、开发成本低、对环境无危害的优点得以迅速发展。为了捕获最大风能，风电机组的风能转换系统在最大功率点跟踪状态下运行，因此风电机组的功率输出必须完全依赖于随机性、间歇性的风速，特别是当风电渗透率较高时，将导致电力系统出现频率波动和机电振荡，威胁电力系统安全稳定运行。因此，在这种背景下，迫切需要平滑风电机组输出功率波动。

目前，平滑风电机组输出功率波动的方法通常可分为两类：

1）使用物理储能系统，使用配置在风能转换系统中的物理储能系统来平滑风电机组输出功率波动；

2）使用附加控制回路，将附加控制回路引入风能转换系统中以调节功率输出，平滑风能。

但第一种方法前期投资成本较高，而第二种方法不能明显降低功率波动，且风能损失较大。现有技术难以在几乎不损失风能的前提下解决风电机组输出功率波动的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种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，目的在于平滑风电机组输出功率波动，提高风电机组的并网友好性，保障高风电渗透率下电力系统的安全稳定。

本发明解决上述技术问题提供以下技术方案：

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，基于风电机组转子动能的调节能力，改变风电机组输出的有功功率参考值迫使转子加速或减速，使其吸收或释放的动能与功率波动方向相反，以实现风电机组输出功率波动平滑的同时不会造成明显的风能损失；

其具体包括以下步骤：

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。

进一步地，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。

进一步地，所述步骤1的风电机组合适的稳定工作点，即风电机组稳定运行时的风速、转子转速以及输出功率，由v_w0、ω_r0以及P_e0表示。