[發(fā)明專利]考慮同步機(jī)頻率響應(yīng)特性的風(fēng)機(jī)步進(jìn)慣性控制改進(jìn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111617062.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN114268136A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳載宇;殷明慧;李群;李強(qiáng);劉建坤;張劉冬;方騫;周連俊;卜京;汪成根;鄒云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院;江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司;國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/48
• 分類號(hào): H02J3/48;H02J3/38
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種考慮同步機(jī)頻率響應(yīng)特性的風(fēng)機(jī)步進(jìn)慣性控制改進(jìn)方法，針對(duì)風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)步進(jìn)慣性控制在轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段造成的頻率二次跌落問題，本發(fā)明充分考慮同步機(jī)的頻率響應(yīng)特性，利用風(fēng)機(jī)功率輸出快速靈活和可塑性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其退出調(diào)頻方式；當(dāng)頻率事件發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)立即增加有功輸出，并在一定時(shí)間內(nèi)保持恒定功率；當(dāng)頻率達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)功率隨著同步機(jī)功率的增加而減小，共同彌補(bǔ)負(fù)荷功率缺額。在克服二次跌落問題的同時(shí)，進(jìn)一步提高初始功率支撐，從而達(dá)到減小最大頻率偏差的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻控制策略技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種考慮同步機(jī)頻率響應(yīng)特性的風(fēng)機(jī)步進(jìn)慣性控制改進(jìn)方法。

背景技術(shù)

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)使得電網(wǎng)的慣性水平下降，電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性面臨巨大挑戰(zhàn)。風(fēng)電機(jī)組通常運(yùn)行于最大功率跟蹤模式下，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，不能通過調(diào)節(jié)出力來響應(yīng)電網(wǎng)的頻率變化。為了維持電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，迫切需要風(fēng)機(jī)具備一定的電網(wǎng)頻率輔助調(diào)節(jié)功能。處于MPPT方式下的風(fēng)機(jī)響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化的調(diào)頻方式為慣性控制，其本質(zhì)是通過吸收或釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行短時(shí)支撐，減小風(fēng)電并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的不利影響。

傳統(tǒng)的步進(jìn)式慣性控制(Stepwise Inertial Control,SIC)在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，立即增加恒定的輸出功率，并維持一段時(shí)間，直至轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到其下限，迅速切換回MPPT模式下運(yùn)行。相比于基于頻率的慣性控制如虛擬慣性控制和下垂控制，步進(jìn)式慣性控制在負(fù)荷事件發(fā)生的瞬間釋放更多的轉(zhuǎn)子動(dòng)能，可以更好地改善頻率最低點(diǎn)。

由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)能有限，慣性控制下風(fēng)機(jī)難以長(zhǎng)時(shí)間維持高功率輸出。若風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至其下限，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率將會(huì)超過轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的容量，此時(shí)風(fēng)機(jī)與電力系統(tǒng)斷開，退出調(diào)頻，以保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器。因此，慣性控制策略必須在轉(zhuǎn)子達(dá)到最小允許轉(zhuǎn)速之前終止，并會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)有功功率輸出的突然下降，在轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程中造成系統(tǒng)頻率新一輪的下跌，即頻率的二次跌落。

一些研究通過改變SIC的退出方式緩解頻率二次跌落的問題，但目前有關(guān)SIC退出方式的研究往往聚焦于風(fēng)機(jī)本身，而忽略了風(fēng)機(jī)與參與調(diào)頻的同步發(fā)電機(jī)組之間的相互影響。有文獻(xiàn)指出充分利用風(fēng)機(jī)調(diào)頻的快速靈活和可塑性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，通過風(fēng)機(jī)與同步機(jī)的協(xié)調(diào)配合獲得更好的調(diào)頻效果。但直接通過優(yōu)化算法獲取最優(yōu)輸出功率曲線并對(duì)其進(jìn)行擬合的做法，僅能得到針對(duì)給定系統(tǒng)工況和擾動(dòng)的較為理想化的控制策略，難以實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮同步機(jī)頻率響應(yīng)特性的風(fēng)機(jī)步進(jìn)慣性控制改進(jìn)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：一種考慮同步機(jī)頻率響應(yīng)特性的風(fēng)機(jī)步進(jìn)慣性控制改進(jìn)方法，包括以下步驟：

步驟1：假設(shè)風(fēng)機(jī)在一次調(diào)頻過程中以恒定初始功率P_e0輸出，基于電網(wǎng)頻率響應(yīng)模型，推導(dǎo)出同步機(jī)輸出功率的表達(dá)式P_m(t)；

步驟2：根據(jù)步驟1推導(dǎo)出的P_m(t)表達(dá)式，分析出達(dá)到頻率最低點(diǎn)的時(shí)間t_n1與負(fù)荷突增量P_step、風(fēng)機(jī)功率P_e0無關(guān)；

步驟3：根據(jù)步驟1推導(dǎo)出的P_m(t)表達(dá)式，計(jì)算風(fēng)機(jī)的輸出功率表達(dá)式ΔP_m(t)；

步驟4：根據(jù)步驟2的結(jié)論，利用步驟3推導(dǎo)的ΔP_m(t)表達(dá)式得到改進(jìn)風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制的功率輸出表達(dá)式P_e(t)；

步驟5：遍歷搜索獲得風(fēng)速v和負(fù)荷突增量P_step對(duì)應(yīng)的最優(yōu)風(fēng)機(jī)初始功率P_{e0_opt}，其值使電網(wǎng)最大頻率偏差量最小；

步驟6：利用電網(wǎng)的初始頻率變化率估算負(fù)荷突增量P_step；