[發明專利]考慮同步機頻率響應特性的風機步進慣性控制改進方法

在審

• 申請號: 202111617062.3
• 申請日: 2021-12-27
• 公開（公告）號: CN114268136A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 陳載宇;殷明慧;李群;李強;劉建坤;張劉冬;方騫;周連俊;卜京;汪成根;鄒云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;江蘇省電力試驗研究院有限公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種考慮同步機頻率響應特性的風機步進慣性控制改進方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：假設風機在一次調頻過程中以恒定初始功率P_e0輸出，基于電網頻率響應模型，推導出同步機輸出功率的表達式P_m(t)；

步驟2：根據步驟1推導出的P_m(t)表達式，分析出達到頻率最低點的時間t_n1與負荷突增量P_step、風機功率P_e0無關；

步驟3：根據步驟1推導出的P_m(t)表達式，計算風機的輸出功率表達式ΔP_m(t)；

步驟4：根據步驟2的結論，利用步驟3推導的ΔP_m(t)表達式得到改進風機調頻控制的功率輸出表達式P_e(t)；

步驟5：遍歷搜索獲得風速v和負荷突增量P_step對應的最優風機初始功率P_{e0_opt}，其值使電網最大頻率偏差量最小；

步驟6：利用電網的初始頻率變化率估算負荷突增量P_step；

步驟7：將步驟5、步驟6得到的最優風機初始功率P_{e0_opt}和負荷突增量P_step代入到步驟4獲得的風機功率表達式P_e(t)中，實現對風機步進慣性控制的改進。

2.根據權利要求1所述的考慮同步機頻率響應特性的風機步進慣性控制改進方法，其特征在于，其步驟1中的簡化系統頻率響應模型將風電機組看作是一個變化的負載，則該系統的頻率響應表達式：

式中，P_d為負荷功率輸出，P_e為風電功率輸出，F_H是再熱汽輪機輸出功率占比，H為系統的等效慣性時間常數，D為阻尼系數，K_m為系統單位調節功率，T_R為再熱時間常數，R為調速器調節系數；

假設風機在頻率調節過程中始終保持恒定的輸出功率，將其在恢復階段前的輸出功率隨時間的變化關系表示為P_e0(t)＝P_MPPT+P_upu(t)，其中，P_MPPT是風機運行在MPPT模式下的有功出力，負荷功率隨時間的變化關系表示為P_d(t)＝P_stepu(t)，u(t)為單位階躍函數；推導出在時域上的同步機的輸出功率：

其中，k_opt是最優轉矩增益系數，ω_opt是風機最大輸出功率對應的最優轉矩，

3.根據權利要求1所述的考慮同步機頻率響應特性的風機步進慣性控制改進方法，其特征在于，其步驟2利用拉普拉斯變換將P_e(t)和P_d(t)轉化為頻域表達式后代入系統的頻率響應表達式中得到：

接著將其轉化為時域表達式：

式中，

根據該頻率時域表達式可得到達到由負載擾動引起的頻率最低點的時間t_n1與負荷突增量P_step、風機功率突增量P_up無關，因此發生擾動后，達到頻率最低點的時間不變，僅需要在該固定時間點t_n1后對風機的輸出功率策略進行改進即可。

4.根據權利要求1所述的考慮同步機頻率響應特性的風機步進慣性控制改進方法，其特征在于，步驟3計算同步機實時輸出功率與第一次到達頻率最低點時同步機有功輸出之間的差值，即