[發明專利]一種建立雙饋分布式風電系統低階頻率響應模型的方法

有效

• 申請號: 201710119657.3
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106952180B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 潘文霞;全銳;劉明洋
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06F30/20
• 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;張賞

1.一種建立雙饋分布式風電系統低階頻率響應模型的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據雙饋風電機組在低、中、高風速區間不同的頻率控制策略，提出雙饋風電機組詳細模型在不同風速區間的簡化方法；

雙饋風電機組在低風速區間的頻率控制策略為：當風速V_w處于低風速區間時，即0≤V_w≤V_wcutin，V_wcutin為切入風速，此時為了保證雙饋風電機組穩定運行，不向系統提供頻率控制；

因此，雙饋風電機組詳細模型在低風速區間的簡化方法為：雙饋風電機組向風電系統額外輸出有功功率為零，即：

ΔP_{e_low}＝0 (1)

ΔP_{e_low}為低風速區間雙饋風電機組向風電系統額外輸出有功功率；

雙饋風電機組在中風速區間的頻率控制策略為：當風速V_w處于中風速區間時，即V_wcutin＜V_w＜V_wrate，V_wcutin為切入風速，V_wrate為額定風速，雙饋風電機組整個頻率控制過程僅調節雙饋風電機組轉子轉速，槳距角不需要動作，此時槳距角β＝0°；

因此，雙饋風電機組詳細模型在中風速區間的簡化方法為：根據雙饋風電機組在中風速區間的頻率控制策略以及已有的雙饋風電機組詳細模型小信號分析結果：只有與雙饋風電機組轉子轉速相關的模態才是影響風電系統動態行為的主導模態，則在中風速區間，從風電系統頻率動態特性角度出發，將雙饋風電機組詳細模型簡化為如下式：

其中，P_{m_mid},P_{e_mid}分別為在中風速區間時雙饋風電機組輸入的機械功率與輸出的有功功率，H_DG1為雙饋風電機組慣性時間常數，ρ為空氣密度，R為風輪半徑，ω_r為雙饋風電機組轉子轉速，V_w0為雙饋風電機組參與頻率控制時的實時風速，C_p(·)是風能利用系數表達式，f_n為系統額定頻率，G是齒輪增速比，p為發電機極對數，d％為雙饋風電機組初始減載率，λ_opt最優葉尖速比，C_pmax為最大風力利用系數，ω_s為風電系統實時頻率，ω_sn為風電系統額定頻率，k_p,k_d分別為雙饋風電機組頻率輔助控制器比例系數與微分系數；

雙饋風電機組在高風速區間的頻率控制策略為：當風速V_w處于高風速區間時，即V_wrate≤V_w≤V_wcutou，V_wcutout為切出風速，在高風速區間雙饋風電機組會受到最大允許轉速ω_rmax與額定轉矩T_rated限制，因此雙饋風電機組只能依靠槳距角動作來完成整個頻率控制過程；

因此，雙饋風電機組詳細模型在高風速區間的簡化方法為：根據雙饋風電機組在高風速區間的頻率控制策略，并只考慮主導模態，此時雙饋風電機組詳細模型可簡化為：

其中，P_{m_hig},P_{e_hig}分別為雙饋風電機組在高風速區間時輸入的機械功率與輸出的有功功率，β為槳距角，T_servo為槳距角執行機構時間常數，x₁為中間變量，k_{p_blade},k_{i_blade}為槳距角PI控制器參數；

2)建立中、高風速區間雙饋風電機組簡化小信號狀態方程；

3)推導出中、高風速區間雙饋風電機組額外輸出有功功率與風電系統頻率偏差之間的傳遞函數關系；

4)將低、中、高風速區間雙饋風電機組額外輸出有功功率，分別乘以然后接入到傳統低階頻率響應模型中去，從而最終得到適用于雙饋分布式風電系統在低、中、高風速區間的低階頻率響應模型，其中，L_p為雙饋風電機組裝機容量占風電系統總裝機容量百分比。