[發明專利]一種直驅風機新型調頻策略

有效

• 申請號: 202010741344.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111835040B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 顏湘武;王德勝;楊琳琳;隗小雪;李鐵成
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;國網河北省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 北京鑫瑞森知識產權代理有限公司 11961
• 代理人: 韓鳳穎

1.一種直驅風機新型調頻策略，其特征在于，所述策略在風力發電機傳統最大功率跟蹤控制的基礎上，通過采用附加功率給定控制，利用風輪機機械動能實現虛擬慣量支撐，又在背靠背變流器直流母線側配置儲能，并結合變功率跟蹤控制實現一次調頻功能，最終使風機表現出并網友好型特點；新型調頻策略包括步驟：

1)實時測量風電機組參數，包括系統頻率偏差量Δf，系統頻率微分量df/dt；

2)對頻率偏差量Δf進行判斷：當頻率變動值Δf小于0.033Hz時，只進行慣量支撐，慣量支撐功率為P_J(t)：

P_N為風機的額定功率，T_J為風輪機轉子慣性時間常數；當頻率變動值大于0.033Hz時，時間T開始計時，前3秒內，慣量支撐發揮作用，3秒后慣量支撐結束，一次調頻啟動；

3)一次調頻判斷：若系統頻率突增，采取直驅風機變功率點跟蹤控制，減少機械功率出力以參加上單邊調節，變功率點跟蹤功率為P_VPPT：

K_U^*為上單邊調頻系數，f_N為電網額定頻率，當滿足變功率點跟蹤功率P_VPPT小于最大功率跟蹤功率P_MPPT時，風輪機捕獲功率P_WT由P_MPPT切換為P_VPPT；

若頻率突減，通過風機直流側儲能增加電磁功率輸出以實現下單邊調節，儲能輸出功率為ΔP_SC：

K_D^*為下單邊調頻系數，為超級電容額定輸出功率；

4)一次調頻持續時間判斷：

|Δf|≤0.033Hz∪T＞30s

如果條件不滿足，繼續執行一次調頻策略；如果條件滿足退出一次調頻：對于上單邊調節，風輪機捕獲功率P_WT由P_VPPT切換回P_MPPT；對于下單邊調節，儲能輸出置零，且當頻率大于額定值時，儲能裝置充電。

2.根據權利要求1所述一種直驅風機新型調頻策略，其特征在于，所述虛擬慣量支撐的能量來源于由風輪機、輪轂、轉軸以及發電機轉子所具有的旋轉動能，通過將慣量支撐功率P_J(t)疊加到風輪機捕獲功率P_WT上，以此改變電磁功率和轉子轉速，釋放旋轉動能，為了建立起機側轉子機械頻率F(t)與網側電角頻率f(t)的定量耦合聯系，將額定轉速作為參考基準，利用頻率變化標幺值相等的原則，得到如下公式：

F_N為同步機的額定機械頻率，n_N為風輪機轉子額定轉速。

3.根據權利要求1所述一種直驅風機新型調頻策略，其特征在于，所述下單邊調節由超級電容供能，且超級電容安裝在風電機組背靠背變流器直流母線側，網側逆變器控制維持直流母線電壓的穩定，保證逆變器向電網輸出的功率等于直流側輸入，這樣當儲能向母線注入功率時，可以實時響應到電網側。

4.根據權利要求1所述一種直驅風機新型調頻策略，其特征在于，所述上單邊調節所以采用基于變功率跟蹤的調節方式，即正常狀態下始終運行在最大功率點，頻率升高觸發一次調頻后，電磁功率目標值由最大功率跟蹤P_MPPT切換為變功率跟蹤功率P_VPPT，不平衡功率引發轉速變化，機械功率按風功率特性曲線降低，直到與電磁功率相等，轉速固定，提供穩定的調節出力。