[发明专利]减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法

权利要求书

1.减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，其特征在于：该方法包括根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，转子惯量控制和超级电容惯量控制；

所述转子惯量控制和超级电容惯量控制的输入均为系统频率变化率经虚拟惯量系数H_IR子环节后，输出虚拟惯量控制的总有功功率参考值，所述总有功功率参考值经过协调系数c₁、c₂子环节后，分别输出转子惯量控制环节和超级电容惯量控制环节的有功功率参考值，两个有功功率参考值分别由直驱风电机组机侧变流器和超级电容DC-DC变换器控制执行；

转子惯量控制环节输出的有功功率参考值P_IR和超级电容惯量控制环节输出的有功功率参考值P_E分别为：

式中，P_IR为虚拟惯量优化控制下转子惯量控制环节输出的有功功率参考值，H_IR为直驱风电机组的虚拟惯量系数，P_E为虚拟惯量优化控制下超级电容惯量控制环节输出有功功率参考值；

所述协调系数c₁、c₂由状态机控制环节根据信号给出，用于协调虚拟惯量控制过程中直驱风电机组转子动能和超级电容电能分配。

2.根据权利要求1所述的减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，其特征在于：所述根据直驱风电机组的额定功率和惯量支撑时间确定超级电容的容量配置，具体为：

若直驱风电机组在虚拟惯量控制动作前的转速为额定转速ω_N，且在虚拟惯量控制过程中的最低转速为0.9×ω_N，则直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的转子动能最大为E_pmax：

式中：E_pmax为直驱风电机组以额定转速运行时所能释放的最大转子动能，J是直驱风电机组风轮与转子的整体转动惯量，ω_N为直驱风电机组的额定转速，P_N为直驱风电机组的额定功率，T_S为常规虚拟惯量控制环节的惯量支撑时间；

虚拟惯量优化控制中超级电容所能释放的能量应不低于直驱风电机组所能释放的转子动能：

W_ESS＝P_ESS·t≥E_pmax＝0.085P_NT_S                 (3)

式中：W_ESS为超级电容储能的容量，P_ESS为超级电容储能的功率容量，t为超级电容储能虚拟惯量优化控制环节的惯量支撑时间；

设t与T_S相同，有：

P_ESS≥0.085P_N                                (4)

同时电力系统稳定运行要求风电惯量支撑时间不超过10s，按照最大支撑时间10s计算，并考虑一定容量裕度，则超级电容储能的容量设置为：

W_ESS＝0.1P_N×10s                            (5)。

3.根据权利要求2所述的减缓冲击载荷的直驱风电机组虚拟惯量优化控制方法，其特征在于：所述协调系数c₁、c₂由状态机控制环节根据信号给出，用于协调虚拟惯量控制过程中直驱风电机组转子动能和超级电容电能分配，具体为：

状态机控制环节的具体工作状态如下：

若则状态机工作于初始状态Mode1，此时c₁＝1并且c₂＝0；

若则状态机由Mode1切换为Mode2，此时c₁＝0.8，c₂＝0.2；

若则状态机由Mode2切换为Mode3，此时c₁＝0.7，c₂＝0.3；

若则状态机由Mode3切换为Mode4，此时c₁＝0.6，c₂＝0.4；

其中，M1、M2和M3为状态切换临界值。