[發明專利]一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法

有效

• 申請號: 202010851180.X
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112003323B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 馮仰敏;楊沛豪;王恩南;趙勇;汪德軍;孟秀俊;孔繁新
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立含有頻率響應動作門檻值f_d的風電一次調頻下垂控制數學模型為：其中：P₀為風機一次調頻輸出功率初值；f_d為頻率響應動作門檻值，f_d＝(50±0.1)Hz；m是有功功率對應下垂控制系數；f是下垂控制輸出頻率；

2)建立風力發電并網控制系統模擬同步發電機數學模型、機械功率數學模型為：其中：J為同步機轉動慣量；ω為目標頻率對應同步機轉子轉速；P_m為同步機機械功率；P為同步機電磁功率即輸出功率；D為阻尼系數；ω₀為初始頻率對應同步機轉子轉速；δ為同步機虛擬功角；機械功率由給定功率和轉速差構成：P_m＝P_ref-K(ω-ω₀)，其中：P_ref為同步機輸出功率參考值，K為有功頻靜態系數；

3)設計自適應虛擬慣量和轉速差控制函數為：J＝k_j|ω-ω₀|+J₀，其中：k_j為虛擬慣量調節系數，該系數正負與正負一致，J₀為額定虛擬慣量；

4)設計自適應阻尼系數和轉速差控制函數為：D＝|k_d|(J₀-k_j|ω-ω₀|)+D₀；其中：為阻尼慣性比，D₀為額定阻尼系數；

5)將步驟3)、步驟4)得到的自適應虛擬慣量和自適應阻尼系數應用于風力發電并網控制系統虛擬同步發電機控制系統中；

6)建立風力發電輸出功率數學表達式；

7)對步驟6)中風力發電輸出功率數學表達式求一階、二階導數；

8)將步驟7)中風力發電輸出功率一階、二階導數和步驟2)中風力發電并網控制系統機械功率數學模型帶入步驟2)中風力發電并網控制系統虛擬同步發電機數學模型中，得到虛擬同步機參考輸出功率表達式；

9)對步驟8)中虛擬同步機參考輸出功率表達式建立小信號模型并進行拉氏變換，計算其特征根；

10)分析步驟9)虛擬同步機參考輸出功率小信號模型和其特征根，得到系統自然震蕩轉速和阻尼比；

11)根據步驟10)中系統自然震蕩轉速和風機虛擬同步機轉速波動范圍，計算額定虛擬慣量取值范圍為：

12)根據析步驟10)中系統阻尼比，在考慮阻尼系數的基礎上，設置額定阻尼系數。

2.根據權利要求1所述的一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法，其特征在于，步驟5)的具體實現方法為：將步驟3)、步驟4)得到的自適應虛擬慣量和自適應阻尼系數應用于風力發電并網控制系統虛擬同步發電機控制系統中，具體應用于下垂控制輸出端，作為電壓、電流雙閉環控制環節的輸入，參與到風力發電一次調頻控制中。

3.根據權利要求2所述的一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法，其特征在于，步驟6)的具體實現方法為：建立風力發電輸出功率數學表達式為：其中：U₀∠δ為風力發電系統輸出電壓；X_S為輸電線路等效電抗，U_S∠0為負荷側電壓；因為電壓相角δ很小，則有風力發電輸出功率又表示為：

4.根據權利要求3所述的一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法，其特征在于，步驟7)的具體實現方法為：對步驟6)中風力發電輸出功率數學表達式求一階、二階導數：

5.根據權利要求4所述的一種利用自適應虛擬參數提高風電并網一次調頻性能的方法，其特征在于，步驟8)的具體實現方法為：將步驟7)中風力發電輸出功率一階、二階導數和步驟2)中風力發電并網控制系統機械功率數學模型帶入步驟2)中風力發電并網控制系統虛擬同步發電機數學模型中，得到虛擬同步機參考輸出功率表達式為：