[發明專利]一種雙饋風電機組緊急功率支撐控制方法及系統

在審

• 申請號: 201711194911.2
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107994604A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 吳跨宇;楊靖;房樂;盧岑岑;許國東;陸海清;張建承;樓伯良;張鋒;沈軼君;熊鴻韜;黃弘揚
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力公司電力科學研究院;浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/24
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙)33206
• 代理人: 張建青

技術領域

本發明涉及風力發電機組參與電力系統調頻的控制，尤其是一種充分考慮電網頻率穩定性的雙饋風電機組緊急功率支撐控制方法及系統。

背景技術

隨著風電裝機容量的不斷增加，風能的波動性和不確定性會導致風電機組出力的波動性，同時風電機組本身與常規發電機組不同的運行特性和控制方法，也可能會給電力系統的安全穩定運行帶來一些不利的影響。而當一個系統中的風電滲透率不斷增大時，這些影響也會越來越明顯，甚至威脅到整個系統的正常運行，嚴重時甚至導致系統頻率失穩。變速恒頻雙饋風力發電機組的解耦控制系統使其無法對系統頻率變化做出有效的響應，因此，基于雙饋感應發電機(doubly fed induction generator，DFIG)的大規模風電場在并入電網時不具備類似傳統同步發電機的調頻能力。當前，風機單機容量的不斷增大以及大規模風電并網的快速發展，系統調頻已經出現了巨大壓力。

為了快速有效地調節由于系統負荷不平衡所產生的系統頻率變化，必須使風電機組具備類似于同步發電機組的頻率響應及調頻控制能力，這時風電機組或風電場的有功備用容量大小將變得至關重要。通常要求常規發電機組為風電機組提供一定的旋轉備用，從而抑制風電功率的波動。但隨著風電容量的增大，備用容量也隨之增大，若僅靠常規發電機組來提供旋轉備用，必將大大增加系統的成本，且依然無法實現風電機組參與系統調頻的目的。

發明內容

為解決現有電力系統頻率不穩定和慣量能力不足的問題，本發明提供一種能夠提高電網頻率穩定性、補償大電網慣量能力的雙饋風電機組緊急功率支撐控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種雙饋風電機組緊急功率支撐控制方法，其包括：

1)快速并準確檢測雙饋風電機組出口的電壓值和電流值，計算電網頻率、雙饋風電機組實時有功功率和雙饋風電機組實時無功功率；

2)根據電網頻率并結合死區設置，判斷雙饋風電機組是否進入緊急功率支撐模式；

3)若雙饋風電機組進入緊急功率支撐模式，雙饋風電機組利用轉子中儲存的動能進行快速功率支撐，雙饋風電機組通過快速的有功調節，控制風力機轉速，釋放或儲存雙饋風電機組的旋轉動能，虛擬出慣性響應，并且在更寬的轉速調節范圍內，虛擬出比自身慣量更大的虛擬慣量；

4)當電網頻率恢復至死區范圍內時，雙饋風電機組開始進行功率恢復，并進入無功功率阻尼控制，雙饋風電機組通過無功功率調節(增大)抑制系統功率振蕩，在功率振蕩期間，雙饋風電機組無功功率調節，能夠使系統中同步發電機對其功角擺動產生一個附加的阻尼力矩，起到抑制功角振蕩的效果，進而增強了系統阻尼。

本發明通過雙饋風電機組的控制策略實現虛擬的慣量，使得風電在電網頻率擾動時能夠快速的進行緊急功率支撐，并且結合無功功率的控制，實現在調頻恢復過程中改善系統阻尼，抑制系統功率振蕩，防止引起頻率的二次沖擊。

作為上述技術方案的補充，步驟3)中，當雙饋風電機組控制實現轉速變化時，轉子轉速變化不同于系統頻率變化時，雙饋風電機組緊急功率支撐量如下：

式中，w_e是系統頻率對應的角速度；w_r0是雙饋風電機組角速度初始值；w_r是雙饋風電機組角速度值；J_c是雙饋風電機組固有轉動慣量；J_v是雙饋風電機組虛擬轉動慣量；λ是慣量比例系數，

作為上述技術方案的補充，所述步驟4)中，雙饋風電機組具備有功、無功獨立調節能力，通過增加輔助無功功率控制，向系統注入阻尼無功功率，抑制功率振蕩。

作為上述技術方案的補充，所述步驟4)中，同步發電機G1的小擾動方程如下：

式中，H_G1為同步發電機G1的慣性時間常數，k_Q為無功阻尼系數，p為微分因子，D為阻尼系數，δ₀、θ₀、U_G0是δ、θ、U_G的初始值，U_G是風電場接入點電壓，θ是E'和U_G之間的相角差，δ是E'和U之間的相角差，E'是同步發電機G1的q軸暫態電勢，Δδ是E'和U之間的相角差的變化量；x₁是線路電抗參數；

其中，

式中，U是電網電壓，x₂是線路電抗參數；