[发明专利]一种双馈风电机组频率响应的控制方法

摘要

本发明公开一种双馈风电机组频率响应的控制方法，包括以下步骤步骤一风速区间识别单元根据初始减载率del％，建立低、中、高风速区间判据，当初始减载率发生变化，则及时更新判据，再对风速进行区间识别；步骤二上述低风速或中风速或高风速时变下垂系数Rf变按照对应风速区间的整定计算式进行整定；步骤三同时系统频率偏差监测单元监测系统频率偏差Δf，当系统频率偏差Δf超过设定的死区频率范围，则触发双馈风电机组变下垂系数控制；步骤四所述自定义下垂特性单元，根据当前整定好的变下垂系数Rf变以及系统频率偏差Δf，控制双馈风电机组的频率响应。本发明通过整定变下垂系数提高控制双馈风电机组的频率响应能力。

主权项

一种双馈风电机组频率响应的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：风速区间识别单元根据初始减载率del％，建立低、中、高风速区间判据，当初始减载率发生变化，则及时更新判据，再对风速进行区间识别得到低风速或中风速或高风速；低风速区间判据为：Vwcutin≤Vw＜Vw1其中，Vw为当前风速；Vwcutin为切入风速；Vw1为低、中风速区间的临界风速，ωmax为最大允许转速，R为风轮半径，G为齿轮箱变比，p为双馈风电机组极对数，λdel0为初始减载率del％运行时的次优叶尖速比；中风速区间判据为：Vw1≤Vw＜Vw2其中，Vw2为中、高风速区间的临界风速，λopt为最优叶尖速比；高风速区间判据为：Vw2≤Vw＜Vwcutout；其中，Vwcutout为切出风速；步骤二：上述低风速或中风速或高风速时变下垂系数Rf变按照对应风速区间的整定计算式进行整定，具体为：一)低风速时变下垂系数整定计算式由如下方法获得：双馈风电机组频率动态响应过程中，其输出功率Pgen、风力机捕获的机械功率Pmec以及转子动能ΔEk之间存在如下关系：其中，Tresponse为一次频率响应时间；Δfband为自定义下垂特性单元设定的频率偏移限值；fn为额定频率；t为时间变量；Pdel0为初始减载功率；双馈风电机组在频率响应过程中转子动能ΔEk为：ΔEk=H(ωdel02-ωopt2)---(2)]]>其中，H为双馈风电机组惯性时间常数；ωdel0为减载运行时初始转速；ωopt为最大功率运行时最优转速；一次频率响应过程中，风力机捕获的机械功率Pmec表达为：Pmec=12ρπR2Cp(βmin,2πfnωrRGpVw)Vw3/PN---(3)]]>其中，ρ为空气密度；R为风轮半径；ωr为频率调节过程中的实时转速；G为齿轮箱变比；p为双馈风电机组极对数；Vw为当前风速；PN为额定功率；βmin为最优桨距角位置；Cp(β,λ)为风力机特性拟合式，其中桨距角β＝βmin，βmin为最优桨距角位置，叶尖速比一次频率响应时间Tresponse内，发电机转子的实时转速ωr的表达式：ωr=ωdel0-ωdel0-ωoptTresponset---(4)]]>其中，ωdel0为减载运行时初始转速，ωopt为最大功率运行时的最优转速，因此在低风速区间内，通过式(1)至(4)来整定变下垂系数Rf变；二)中风速时变下垂系数整定计算式由如下方法获得：频率响应过程中，风力机捕获的机械功率Pmec表达为：Pmec=Pdel0+Pmppt-Pdel0Tresponset---(5)]]>其中，Pdel0为初始减载功率；Pmppt为最大输出功率；因此在中风速区间，通过式(1)、(2)和式(5)来整定变下垂系数Rf变；三)高风速时变下垂系数整定计算式由如下方法获得：以纯机械减载容量作为机组容量，进行变下垂系数整定，Vwcutin为切入风速；Vwcutout为切出风速，则双馈风电机组容量ΔPmargin为：ΔPmargin＝del％Pmppt   (6)其中，del％为双馈风电机组初始减载率；为了充分利用高风速区间机组容量，按照式(7)：计算并整定下垂系数Rf变；步骤三：同时系统频率偏差监测单元监测系统频率偏差Δf，当系统频率偏差Δf超过设定的死区频率范围，则触发双馈风电机组变下垂系数控制，即向自定义下垂特性单元发出触发信号；步骤四：所述自定义下垂特性单元接收到触发信号，根据当前整定变下垂系数Rf变以及系统频率偏差Δf，控制双馈风电机组的频率响应，具体为：自定义下垂特性单元根据变下垂系数Rf变以及系统频率偏差Δf，向双馈风电机组转子有功控制器功率外环额外增加一个有功增量ΔP，并与初始减载功率Pdel0相叠加得到新有功功率Pref；再向双馈风电机组的输出Pgen形成偏差信号后，经功率外环PI控制器，获得转子q参考电流iqref。