[發(fā)明專利]一種頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)有功支撐能力配置方法

有效

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• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN106786810B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳跨宇;辛煥海;黃林彬;盧岑岑;房樂;陸海清;黃曉明;孫維真;熊鴻韜;樓伯良;盧嘉華;黃弘揚;張鋒;沈軼君;張建承
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發(fā)明公開了一種頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)有功支撐能力配置方法。現(xiàn)有頻率下垂控制下的雙饋風(fēng)機(jī)由于自身虛擬功角與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速耦合的復(fù)雜外特性，導(dǎo)致其暫態(tài)有功支撐能力難以合理配置。本發(fā)明通過對頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的外特性分析，建立關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)虛擬功角?轉(zhuǎn)速特征方程，進(jìn)而得到關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速平衡點，根據(jù)給定頻率波動下的風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力要求，計算暫態(tài)過程中期望到達(dá)的轉(zhuǎn)速平衡點并代入虛擬功角?轉(zhuǎn)速特征方程中求得相應(yīng)的下垂系數(shù)設(shè)定值，實現(xiàn)頻率下垂控制風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力的配置。本發(fā)明使頻率下垂控制或虛擬同步機(jī)控制下的雙饋風(fēng)機(jī)具有期望的暫態(tài)有功支撐能力，提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙饋風(fēng)機(jī)的電網(wǎng)支撐能力配置方法，尤其是一種頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)有功支撐能力配置方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電的滲透率日益增長，傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)所占的發(fā)電比例越來越小，大規(guī)模、高比例的風(fēng)電并網(wǎng)給能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與環(huán)境問題的緩解帶來了嶄新機(jī)遇，但同時也為電網(wǎng)的運行和控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如傳統(tǒng)運行于最大功率追蹤等控制下的風(fēng)電機(jī)組無法為電網(wǎng)提供慣性與有功功率支撐等。頻率下垂控制與虛擬同步機(jī)控制通過模仿傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的外特性，可以使風(fēng)電機(jī)組為電網(wǎng)提供慣性與有功支撐，但由于風(fēng)機(jī)自身虛擬功角與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的耦合關(guān)系，頻率下垂控制與虛擬同步機(jī)控制使得風(fēng)電機(jī)組呈現(xiàn)出復(fù)雜的外特性。

目前，對頻率下垂控制或虛擬同步機(jī)控制風(fēng)機(jī)的研究主要集中于小干擾穩(wěn)定與系統(tǒng)動態(tài)特性方面，而在頻率下垂或虛擬同步機(jī)控制下風(fēng)機(jī)的可調(diào)用有功支撐能力及其配置方法方面，研究甚少。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中頻率下垂控制或虛擬同步機(jī)控制下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于自身虛擬功角與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速耦合的復(fù)雜外特性導(dǎo)致其暫態(tài)有功支撐能力難以合理配置的問題，本發(fā)明提供一種頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)有功支撐能力配置方法，其通過對頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的虛擬功角-轉(zhuǎn)速外特性分析，建立電網(wǎng)頻率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速平衡點的關(guān)系，并進(jìn)一步根據(jù)期望的風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力計算出相應(yīng)的下垂系數(shù)，從而實現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力的自由配置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的暫態(tài)有功支撐能力配置方法，包括如下步驟：

通過對頻率下垂控制雙饋風(fēng)機(jī)的外特性分析，建立關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)虛擬功角-轉(zhuǎn)速特征方程，進(jìn)而得到關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速平衡點，根據(jù)給定頻率波動下的風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力要求，計算暫態(tài)過程中期望到達(dá)的轉(zhuǎn)速平衡點并代入虛擬功角-轉(zhuǎn)速特征方程中求得相應(yīng)的下垂系數(shù)設(shè)定值，實現(xiàn)頻率下垂控制風(fēng)機(jī)暫態(tài)有功支撐能力的配置。

進(jìn)一步地，所述的虛擬功角δ′通過對頻率下垂控制或虛擬同步機(jī)控制輸出的磁鏈角頻率參考值與電網(wǎng)角頻率之差(即ω_sf-ω_g)積分獲取。

進(jìn)一步地，所述的關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)虛擬功角-轉(zhuǎn)速特征方程為以下公式：

其中，δ′是風(fēng)機(jī)的虛擬功角，ω_r是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，K_P為頻率下垂系數(shù)設(shè)定值，f_DL(ω_r)表示風(fēng)機(jī)的最大功率跟蹤特性或減載特性函數(shù)，ω₀表示風(fēng)機(jī)頻率下垂控制的角頻率設(shè)定值，ω_g表示電網(wǎng)角頻率，T_a是表示風(fēng)機(jī)慣性的時間常數(shù)，f_M(ω_r)表示風(fēng)機(jī)的風(fēng)能捕獲特性函數(shù)，D表示雙饋風(fēng)機(jī)的阻尼系數(shù)，P_E表示風(fēng)機(jī)的電磁功率，V_DFIG表示風(fēng)機(jī)的機(jī)端電壓，U_Grid表示電網(wǎng)電壓，X_Σ表示線路上的阻抗。

進(jìn)一步地，所述的關(guān)于電網(wǎng)頻率的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速平衡點為以下公式：

ω_re＝max(ω_r1,ω_r2)