[發明專利]一種雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710129768.2
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106712101B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 李輝;劉海濤;宋二兵;柴兆森;王坤;駱林;周光厚;黃智欣
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統及方法，其中，所述虛擬慣性控制系統包括Washout濾波器模塊，用于阻斷穩態輸入信號，以使得穩態頻率偏差無法影響控制系統的控制過程；比例微分調節器模塊，用于通過調頻輔助功率控制所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值，使得所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值與電網頻率相關聯；其中，當電網頻率發生改變時，所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值進行相應調整，以實現對電網頻率的調頻；一階低通濾波器模塊，用于消除高頻噪音信號，以減少外部信號對控制系統的干擾。本發明提供的雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統及方法，能夠提高機組運行穩定性和電網頻率穩定性。

技術領域

本發明屬于抽水蓄能技術領域，涉及一種雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統及方法。

背景技術

雙饋抽水蓄能機組(Doubly Fed Pumped Storage Unit，DFPSU)以其轉速可調的優點逐漸成為新建抽水蓄能電站的主流機組之一。近年來，隨著可再生能源在電力系統尤其是在區域電網中滲透率的不斷增加，要求DFPSU不僅具備參與電網調峰的作用，還要具備參與電網頻率調節的能力。然而，現有DFPSU功率解耦控制使得雙饋電機(Doubly FedInduction Machine，DFIM)轉子不能隨著頻率的變化自動做出快速響應，進而對整個系統的頻率貢獻微乎其微。目前國內外關于DFPSU參與電網頻率調節的控制方法尚未見報道；雖然在雙饋風力發電領域已經提出一些頻率控制方法并取得一定效果，如轉子動能控制、頻率下垂控制以及慣性控制等，通過模擬同步發電機一次調頻的功率-頻率下垂特性及慣性響應特性，增加輔助頻率控制環來釋放/吸收轉子動能，進而為電網提供短時功率支撐；然而上述頻率控制方法缺乏對調頻能力，特別是系統頻率最低點(frequency nadir，FN)、最高點(frequency zenith，FZ)以及機組轉速恢復穩定動態效果的深入研究。另外，為了更好地發揮DFPSU作為電網調度工具的重要作用，要求其在發電、電動工況均具有調頻能力；而現有調頻控制方法的大都針對雙饋機組做發電機運行工況進行分析，關于機組電動工況調頻控制方法的研究尚未見報道；此外，涉及DFPSU發電、電動工況控制參數及調頻能力的分析，亦未見深入研究。因此，為了解決DFPSU接入電網帶來的系統慣量缺失問題，提高機組參與電網的調頻能力和電力系統頻率穩定性，急需一種適用于DFPSU參與電網頻率調節的控制方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統及方法，能夠提高機組運行穩定性和電網頻率穩定性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種雙饋抽水蓄能機組的虛擬慣性控制系統，所述虛擬慣性控制系統包括Washout濾波器模塊、比例微分調節器模塊以及一階低通濾波器模塊，其中：所述Washout濾波器模塊，用于阻斷穩態輸入信號，以使得穩態頻率偏差無法影響控制系統的控制過程；所述比例微分調節器模塊，用于通過調頻輔助功率控制所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值，使得所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值與電網頻率相關聯；其中，當電網頻率發生改變時，所述雙饋抽水蓄能機組的輸出功率參考值進行相應調整，以實現對電網頻率的調頻；所述一階低通濾波器模塊，用于消除高頻噪音信號，以減少外部信號對控制系統的干擾。

進一步地，所述比例微分調節器模塊按照下述公式確定所述調頻輔助功率：

其中，ΔP_f^*表示所述調頻輔助功率，k_p表示所述比例微分調節器模塊限定的第一調節系數，k_d表示所述比例微分調節器模塊限定的第二調節系數，Δf表示實際工作頻率與參考頻率之間的頻率差。

進一步地，所述比例微分調節器模塊按照下述公式確定所述第一調節系數：