[發明專利]一種虛擬同步風機的頻率動態優化控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010557790.9
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111697595B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 胡家兵;何維;章曉杰;遲永寧;雷雨;湯海雁;李琰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網山東省電力公司煙臺供電公司;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38;H02P9/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種虛擬同步風機的頻率動態優化控制方法及系統，具體為在含虛擬同步風機的電力系統中，虛擬同步風機正常運行狀態下，電力系統受負荷擾動影響頻率發生變化，需要添加頻率動態優化方法來優化電力系統在擾動后的頻率動態。本發明只需要在虛擬同步風機的無功功率控制加上基于頻率的前級控制，經過一個濾波環節、微分環節和比例環節；在電力系統發生擾動后將頻率信號的變化傳遞到無功功率指令上，引起虛擬同步風機端電壓的變化，最終會相應地引起電力系統的有功功率變化從而優化了電力系統的頻率動態，保障了電力系統的安全穩定運行以及電網友好性。

技術領域

本發明屬于電力系統安全運行領域，更具體地，涉及一種虛擬同步風機的頻率動態優化控制方法及系統。

背景技術

隨著以風力發電為代表的新能源發電技術的廣泛應用和快速發展，新能源發電由于其在環境方面的優勢在電力系統中的滲透水平不斷提高，以同步發電機為主導發電裝備的傳統電力系統，面臨著重要的變革。電力系統運行的基本目標在于為用戶提供滿足一定電壓、頻率指標的高品質電能，在新能源發電不斷增加的同時，風力發電等新能源發電裝備顯著區別于傳統同步機的動態特性，將深刻地改變著電力系統的電壓及頻率動態行為，對電力系統的安全穩定運行構成重大威脅。頻率穩定問題是最重要的電網穩定問題之一。

隨著以風電為代表的新能源發電在電力系統中逐步取代系統中部分常規同步電源，其顯著區別于同步發電機的頻率響應特性和靜態出力特性無疑將深刻地影響著系統的頻率動態行為，將致使系統慣性能力減弱，為電力系統的供電充裕性帶來新的挑戰，惡化系統頻率動態，威脅系統的安全穩定運行，反過來也將限制風電等新能源發電的滲透率，制約其長遠的可持續健康發展。因此，亟需對風機進行頻率響應特性優化，增加新的頻率優化控制方案。增強其對電網的頻率動態支撐作用。

發明內容

針對現有技術的改進需求，本發明提供了一種虛擬同步風機的頻率動態優化控制方法及系統，利用風機的無功功率功率調節能力，通過在系統頻率變化時改變風機的機斷電壓，改善系統的頻率動態，提高系統的安全穩定運行能力。

按照本發明的一方面，提供了一種虛擬同步風機的頻率動態優化控制方法，包括如下步驟：

(1)采集直流輸電系統逆變側換流站的并網點三相電壓U_abc和并網點三相電流i_abc以及直流電壓U_dc和轉子轉速ω_r；

(2)對于并網點三相電壓U_abc，通過鎖相環獲取直流輸電系統逆變側換流站所連接的交流電網頻率f，根據交流電網頻率f獲得風機的附加無功功率參考值

對于并網點三相電壓信號U_abc和并網點三相電流i_abc，通過瞬時功率計算獲取風機輸出的無功功率Q；

(3)無功功率參考值Q^ref，附加無功功率參考值和無功功率Q通過PI控制得到端電壓參考值進一步計算得到驅動信號S_abc，并驅動風機的變流器以實現頻率優化控制。

進一步地，根據交流電網頻率f獲得風機的無功功率參考值具體包括：

將交流電網頻率參考信號減去交流電網頻率f后分為兩路，一路先經過一個微分環節在經過一個比例環節，另一路經過一個低通濾波環節再經過一個比例環節，兩路信號相加得到附加無功功率參考值

更進一步地，步驟(3)具體包括：

對無功功率參考值Q^ref，附加無功功率參考值和無功功率Q進行PI控制后獲得端電壓信號參考值其中，PI控制器包括比例系數k_{p_var}和積分系數k_{i_var}，實際系統中的這兩個參數需根據實際系統進行調節，輸入與輸出的關系為：

其中，s為拉普拉斯算子。