[發明專利]基于虛擬慣性和槳距角控制風電機組參與電網調頻的方法

在審

• 申請號: 201711230882.0
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107910896A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 王德林;劉柳;張俊武;張晨曦;白雁翔;康積濤
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229
• 代理人: 何凡

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，尤其涉及一種基于虛擬慣性和槳距角控制風電機組參與電網調頻的方法。

背景技術

目前，風力發電在世界各國得到迅猛的發展，隨著風電在電網中所占比例的不斷增加，給電力系統安全穩定運行帶來了一系列的挑戰。

目前，具備響應系統頻率能力成為“電網友好型”風電的一個重要特征，作為并網風電主流機型，變速恒頻雙饋風電機組(DFIG)可以靈活地調節有功、無功功率，但是電力電子變流器隱藏了風力機轉速和電網頻率之間的耦合關系，從而導致其無法響應電網頻率變化，大規模風電機組接入電網后勢必導致系統慣性降低等問題。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的基于虛擬慣性和槳距角控制風電機組參與電網調頻的方法能夠迅速響應系統頻率變化并且向電網提供持續的有功功率支撐。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

提供一種基于虛擬慣性和槳距角控制風電機組參與電網調頻的方法，其包括：

獲取電網的額定頻率和當前頻率；

當額定功率和當前頻率存在頻率偏差時，計算虛擬慣性控制下風電機組的次優轉速-有功功率的跟蹤曲線的比例系數：

其中，P_opt為轉子側變流器的有功功率；ω_r0為風力機初始角速度；η為轉速調節系數；Δf為電網當前的頻率偏差；ω_r為風電機組的轉子轉速；

采用轉子轉速和比例系數，計算虛擬慣性控制下轉子側變流器的參考功率：

其中，P_o'_pt為轉子側變流器的參考功率；P_max為轉子側變流器的最大功率；ω₀為切入電角速度；ω₁為進入恒定轉速區的電角速度；ω_max為轉速的上限參考值；

采用頻率變化率的增益值和電網的頻率變化率，計算轉子側逆變器處的引入電磁功率，并累加引入電磁功率和參考功率得到轉子側逆變器的總電磁功率；

根據風電機組風電機組的轉子轉速和參考轉速，計算風電機組的轉速偏差Δω，并采用風電機組的轉速偏差計算轉子側逆變器的電磁功率變化量：

ΔP＝K_pΔω+K_i∫Δωdt

其中，K_P為比例增益；K_i為積分增益；Δω為轉速偏差信號；

根據總電磁功率和電磁功率變化量得到槳距角機構的有功功率，并采用槳距角機構的有功功率，計算槳距角機構的槳距角：

其中，ρ為空氣密度；A為風電機組葉片迎風掃掠面積；v為風速；P為槳距角機構的有功功率；C_p為風能利用系數；β為槳距角；λ為葉尖速比；

根據所述槳距角，控制風電機組增大捕獲的風能向電網注入有功功率。

進一步地，當風速為13m/s，槳距角的變化范圍為0～4°時，槳距角的計算公式簡化為：

P＝-0.047β+0.802。

進一步地，所述引入電磁功率的計算公式為：

其中，P′_f為引入電磁功率；為電網的頻率變化率；K_d為頻率變化率的增益值。

進一步地，所述轉子側變流器的有功功率P_opt的計算公式為：

其中，k_opt為最大功率跟蹤曲線的比例系數。

進一步地，所述槳距角機構的有功功率的計算公式為：

P＝P_ref-ΔP

其中，ΔP為電磁功率變化量；P_ref為總電磁功率。

本發明的有益效果為：當電網頻率發生改變時，本方案通過改變轉速-功率跟蹤曲線的比例系數迅速地釋放轉子旋轉動能，為系統提供有效的慣性支撐；在響應虛擬慣性控制的過程中，槳距角機構將根據轉速偏差信號主動調整槳距角，增大風力機捕獲的機械能以持續地為系統提供有功功率支撐。

當風電機組響應虛擬慣性環節之后將進入轉速恢復過程，通過將轉速偏差信號轉化為對應的電磁功率變化量，抑制了電磁功率以及機械功率的不平衡現象，改善了轉速恢復至初始值的動態響應過程，避免了電網頻率的二次跌落。