[发明专利]一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法

摘要

本发明涉及一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法。研究风电机组的虚拟惯量控制策略，对于提高风电并网系统的频率动态稳定性具有重要作用。首先基于双馈风电机组的转速控制器分析了最大风功率跟踪的实现原理。接着，通过建立电网频率与双馈风电机组转子动能的联系，基于转子运动方程推导了双馈风电机组的虚拟惯量表达式。同时，基于因式分解最大风功率跟踪曲线的二次拟合函数，研究了双馈风电机组基于最大风功率跟踪曲线线性比例调节的转速调节方法。最后，在上述研究基础上提出了双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯量控制策略，并通过建立风电并网系统的仿真模型验证了该控制方法的有效性。

主权项

一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法，其特征在于，步骤1，通过设定双馈风电机组期望虚拟惯量，根据电网频率偏差，依据双馈风电机组虚拟惯量表达式确定风电机组的转速调节指令，其中，所依据的虚拟惯量表达式如式一所示：$P_m-P_e=J_e{\mathrm{\ω}}_s\frac{{\mathrm{d\ω}}_s}{dt}=J_m{\mathrm{\ω}}_r\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}$   式一式中，J_m为双馈风电机组的转子机械转动惯量；J_e为双馈风电机组的电网频率转动惯量；ω_r0和dω_r分别为双馈风电机组初始角速度和角速度变化量；ω_se和dω_s分别为电网同步电角速度额定值及电网同步电角速度变化量；所述转速调节指令的计算表达式如式二所示：${\mathrm{\ω}}_r=\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{r0}^2+\frac{J_e^{*}}{J_m}({\mathrm{\ω}}_s^2-{\mathrm{\ω}}_{se}^2)}$   式二式中，J_e^*为双馈风电机组期待频率虚拟惯量，ω_s为当前电网同步电角速度；步骤2，由最大风功率跟踪曲线拟合函数的比例调节系数计算式，确定最大风功率跟踪曲线的比例调节系数，所依据最大风功率跟踪曲线的拟合函数如式三所示：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_r={\mathrm{AP}}_e^2+{\mathrm{BP}}_e+C\\ {\mathrm{\ω}}_{r\min }\≤{\mathrm{\ω}}_r\≤{\mathrm{\ω}}_{rmax}\\ P_{eL}\≤P_e\≤P_{eH}\end{array}\right.$   式三式中，ω_r为双馈风电机组的转子转速；ω_rmin和ω_rmax分别为双馈风电机组并网运行所允许转速范围的下限和上限；P_e为双馈风电机组的电磁功率；P_eL和P_eH分别为拟合函数中与ω_rmin和ω_rmax对应的P_e取值下限和上限；A、B、C为拟合函数系数；步骤3，通过调节最大风功率跟踪曲线以调节风电机组的转子速度，进而构建风电机组的频率虚拟惯量；所依据最大风功率跟踪曲线比例调节系数的计算方法如式四所示：$\mathrm{\β}=\frac{\sqrt{{\mathrm{\ω}}_{r0}^2+\frac{J_e^{*}}{J_m}({\mathrm{\ω}}_s^2-{\mathrm{\ω}}_{se}^2)}}{{\mathrm{\ω}}_{r0}},({\mathrm{\β}}_{min}\≤\mathrm{\β}(t)\≤{\mathrm{\β}}_{max})$   式四式中，β为最大风功率跟踪曲线的比例调节系数；β_min是ω_r＝β[AP_e²+BP_e+C]在P_e等于双馈风电机组额定功率时，使ω_r∈[ω_rmin,ω_rmax]的最小值；β_max是ω_r＝β[AP_e²+BP_e+C]在P_e∈(P_eL,P_eH]范围内使ω_r∈(ω_rmin,ω_rmax]且ω_rmin＝β[AP_eL²+BP_eL+C]的最大值。