[發明專利]雙饋風電機組一次調頻聯合控制方法

有效

• 申請號: 201210037763.4
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN102594244A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 文樂斌;李群;孫蓉;李強;劉建坤;顧偉;顧天畏;柳偉
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力試驗研究院有限公司;東南大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;許婉靜

技術領域

本發明涉及雙饋風電機組一次調頻控制方法，用以研究利用風力發電機的控制提高電力系統頻率穩定性，屬于風力發電技術領域。

背景技術

近年來，可再生能源的開發利用越來越受到世界各國的廣泛重視，風能作為一種可持續發展的新能源，以其無污染性和可再生性，成為一種很有發展前途的綠色能源。風能和潮汐能、太陽能等能源相比，其利用率最高，具有可與常規發電方式比擬的競爭力。因此近幾年來我國的風力發電產業得到了迅速的發展，風電裝機容量不斷提高。

在風力發電技術中，基于變速恒頻雙饋感應電機(DFIG)的風力發電系統與傳統的基于普通異步發電機的恒速恒頻風力發電系統相比具有明顯的優勢，因此已逐漸成為風電市場的主流機型。由于雙饋風電機組控制系統使其機械功率與系統電磁功率的解耦、轉速與系統頻率的解耦，風力機轉子機械部分無法對系統頻率變化做出快速有效的響應，因此其旋轉動能對系統慣量的貢獻幾乎沒有。大量的雙饋風電機組接入電網替代部分常規發電機組，整個系統的慣量必然會受到影響而相對減少。已知系統的慣量與頻率降低的變化率有關，在電網發生嚴重的頻率降低事故時，慣量越低，系統頻率降低得越快，因此系統的頻率將更難控制。

如今，越來越多的電力公司提出了嚴格的風電場并網技術導則，頻率控制能力是其中重要的技術要求之一。因此，要求風力發電能像常規發電廠一樣具有參與電網一次頻率的能力已成為一項重要而迫切的任務。

國內外對雙饋風電機組頻率控制方式的研究主要包括三種方法：1)轉子動能控制。雙饋風電機組的轉子中儲有大量的旋轉動能，通過增加附加的頻率控制環節控制轉子轉矩參考值，可實現在頻率下降時降低轉速，從而釋放葉片中的動能提供頻率支撐。2)備用功率控制。類似于同步發電機組運行時需要具有一定的備用容量，為了保證變速風機的功率儲備，風機必須運行在不是最大風能追蹤的工作點。一般可通過控制槳距角或調節功率轉速曲線，來使風機卸載運行，使有功功率參考值低于最佳功率曲線，從而保證一次調頻備用容量。在系統頻率大幅降低時，減小槳距角或運行至最優功率轉速曲線上從而增加有功輸出，參與一次調頻。3)聯合控制。同時考慮轉子動能和備用功率控制。

傳統的控制模式，包括轉子動能控制、備用功率控制、以及普通聯合控制，均需建立一個有效地系統數學模型，而對于DFIG風電機組，由于風速的不確定性和電力電子模型的復雜性，模型趨向于非線性和時變性，建立一套詳細完整的數學模型十分困難；另一方面，傳統控制方法的控制參數一般是依據經驗人為確定的，具有很大的主觀性，而控制參數的變化對系統控制特性影響較大，因此所得控制參數魯棒性較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種雙饋風電機組頻率控制方法，無需精確的數學模型即可執行控制功能，且其控制參數是根據系統的運行結構實時計算得出的，具有強的適應性和魯棒性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種雙饋風電機組一次調頻聯合控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在雙饋風機控制系統中分別建立轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊，轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊的輸入變量均為頻率偏差，轉子動能控制模塊的輸出變量為轉矩參考值的修改量，備用功率控制模塊的輸入變量為槳距角參考值的修改量；

(2)建立Hopfield神經網絡，確定控制對象系統模型，且目標函數是電網發生頻率偏移時系統頻率變化最小，使控制對象的狀態變量對應于網絡權值，并將神經元的輸出作為PD控制器的參數；

(3)將目標函數表達式與標準能量函數表達式對應起來，推導得到連接權矩陣和網絡的偏值表達式；

(4)將得到的連接權重矩陣和網絡輸入偏值矩陣代入Hopfield網絡的動態方程中，并取神經元輸出的非線性特性為對稱型S非線性作用函數，推導得到控制器參數的變化規律。

本發明所達到的有益效果：發明的基于Hopfield神經網絡的雙饋風電機組一次調頻聯合控制方法，根據頻率下降最小為目標采用Hopfield神經網絡對控制器的參數進行了優化設計，可以更合理的安排轉子動能控制和備用功率控制的聯合調頻。當系統發生頻率偏移時，風機即可實現釋放儲存在轉子葉片中的旋轉動能，并增加有功出力提供頻率支撐，能進一步緩解系統的頻率下降。采用的Hopfield神經網絡控制器實現了參數自適應的功能，不易受外界環境變化的影響，能很快適應系統參數等發生的變化。

附圖說明

圖1為Hopfield神經聯合控制示意圖；

圖2為四機兩區域仿真系統；