適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制方法， 尤其是涉及一種適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電在提供綠色能源的同時(shí)，也對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生了一些不利影響。其中，動(dòng)態(tài)頻率 安全問(wèn)題便首當(dāng)其沖。目前，包括雙饋型、直驅(qū)型的變速風(fēng)機(jī)是風(fēng)電場(chǎng)采用的主要機(jī)型，因 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率變化解耦，導(dǎo)致電力系統(tǒng)等效慣量減小，電網(wǎng)功率缺額時(shí)頻率特性 惡化，且這種惡化隨風(fēng)電高滲透率提高而加劇。因此，保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率安全穩(wěn)定與提高風(fēng) 電滲透率構(gòu)成一對(duì)矛盾，而變速風(fēng)機(jī)的機(jī)電解耦特性正是這種矛盾的根源。對(duì)此，變速風(fēng)機(jī) 虛擬慣性控制技術(shù)被廣泛引入，成為研宄熱點(diǎn)。許多國(guó)家和地區(qū)也將風(fēng)機(jī)提供慣性響應(yīng)納 入電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則。頻率微分控制或結(jié)合頻率下垂控制的慣性控制方法被普遍采用。其中， 下垂控制增加系統(tǒng)阻尼，而微分慣性控制增加系統(tǒng)等效慣量。微分慣性控制技術(shù)被越來(lái)越 多應(yīng)用的同時(shí)，也暴露出一些缺點(diǎn)：首先是慣性控制增益如何設(shè)置問(wèn)題。慣性響應(yīng)能力隨控 制增益增加而提高，但控制增益增大到一定程度時(shí)風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)能力不再提升，且較大的 控制增益可能引起風(fēng)機(jī)自激振蕩。通?？刂圃鲆嬖O(shè)置為風(fēng)機(jī)固有慣性時(shí)間常數(shù)2倍，以使 風(fēng)機(jī)具有與同步發(fā)電機(jī)相當(dāng)?shù)膽T性響應(yīng)能力。但實(shí)際上，變速風(fēng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速范圍較同步發(fā) 電機(jī)更寬，可釋放或吸收的動(dòng)能也大得多，這樣做使風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)能力得不到充分發(fā)揮。所 以，慣性控制增益設(shè)置方法的不確定致使微分慣性控制難以向電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的慣性響應(yīng)服 務(wù)。其次，微分慣性控制方法存在風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)能力隨轉(zhuǎn)速下降而減弱問(wèn)題。在研宄中發(fā) 現(xiàn)，微分慣性控制能力受速度控制器影響而被削弱，且該方法也缺乏控制自主性。隨著電力 系統(tǒng)風(fēng)電滲透率不斷提高，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重頻率事故時(shí)，電網(wǎng)頻率跌落抑制能力下降。因此，微 分慣性控制方法無(wú)法滿足大功率缺額擾動(dòng)、高風(fēng)電滲透下的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲 透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣 性控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 步驟1 :當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率保持穩(wěn)態(tài)同步，慣性控制啟動(dòng)邏輯條件 不滿足，附加電磁轉(zhuǎn)矩輸出△Te= 0,采樣保持器處于采樣狀態(tài)；此時(shí)，風(fēng)機(jī)工作在最大功 率跟蹤狀態(tài)，速度控制器輸出最優(yōu)電磁轉(zhuǎn)矩參考值T_，風(fēng)機(jī)輸出最優(yōu)功率；
[0006] 步驟2 :當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率缺額時(shí)，系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)頻率微 分、頻率偏差邏輯判斷條件啟動(dòng)慣性響應(yīng)；
[0007] 步驟3 :當(dāng)步驟2滿足時(shí)，施加附加電磁轉(zhuǎn)矩ATe;同時(shí)，采樣保持器跳變到保 持狀態(tài)，速度控制器輸出值保持為穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩參考值Ttjptci;總的電磁轉(zhuǎn)矩參考值為 TtjpU+△Te，風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變流器模塊和發(fā)電機(jī)模塊跟蹤響應(yīng)該值，并輸出電磁轉(zhuǎn)矩和有功功 率；
[0008] 步驟4 :隨著慣性響應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小至最低轉(zhuǎn)速限制時(shí)，通過(guò)設(shè)置的慣性 控制閉鎖模塊閉鎖慣性響應(yīng)，采樣保持器跳變回采樣狀態(tài)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸恢復(fù)，回到最大功 率跟蹤工作模式。
[0009] 作為優(yōu)選，步驟2中所述的啟動(dòng)慣性響應(yīng)的過(guò)程為：
[0010]當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率缺額時(shí)，頻率發(fā)生變化，Idfs/dtI和IAfsI增大，當(dāng)滿足式壹 時(shí)，慣性控制啟動(dòng)；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟1 :當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率保持穩(wěn)態(tài)同步，慣性控制啟動(dòng)邏輯條件不滿 足，附加電磁轉(zhuǎn)矩輸出△!；= 0,采樣保持器處于采樣狀態(tài)；此時(shí)，風(fēng)機(jī)工作在最大功率跟 蹤狀態(tài)，速度控制器輸出最優(yōu)電磁轉(zhuǎn)矩參考值Τ_，風(fēng)機(jī)輸出最優(yōu)功率； 步驟2 :當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率缺額時(shí)，系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)頻率微分、頻 率偏差邏輯判斷條件啟動(dòng)慣性響應(yīng)； 步驟3 :當(dāng)步驟2滿足時(shí)，施加附加電磁轉(zhuǎn)矩Λ Te;同時(shí)，采樣保持器跳變到保持狀態(tài)， 速度控制器輸出值保持為穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩參考值Ttjpt ci;總的電磁轉(zhuǎn)矩參考值為T(mén) ^ Λ ?；，風(fēng) 機(jī)經(jīng)過(guò)變流器模塊和發(fā)電機(jī)模塊跟蹤響應(yīng)該值，并輸出電磁轉(zhuǎn)矩和有功功率； 步驟4 :隨著慣性響應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小至最低轉(zhuǎn)速限制時(shí)，通過(guò)設(shè)置的慣性控制 閉鎖模塊閉鎖慣性響應(yīng)，采樣保持器跳變回采樣狀態(tài)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸恢復(fù)，回到最大功率跟 蹤工作模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法， 其特征在于，步驟2中所述的啟動(dòng)慣性響應(yīng)的過(guò)程為： 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率缺額時(shí)，頻率發(fā)生變化，I |dfs/dt| I和I I Afs| I增大，當(dāng)滿足式壹 時(shí)，慣性控制啟動(dòng)；
上式中，dfs/dt，Λ fs分別為系統(tǒng)頻率變化率和頻率偏差，flag (df/dt)和flag (Λ?)分別為 頻率變化率啟動(dòng)閥值和頻率偏差啟動(dòng)閥值，為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法， 其特征在于，步驟3中所述的總電磁轉(zhuǎn)矩參考值為： Tref= T opt_〇+ Δ Te (式貳）； 其中，TtjptC1為慣性控制啟動(dòng)前〇 J寸刻速度控制器輸出最優(yōu)電磁轉(zhuǎn)矩，△ Te為附加恒定 電磁轉(zhuǎn)矩。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適應(yīng)于電網(wǎng)高風(fēng)電滲透率條件下的雙饋風(fēng)機(jī)慣性控制方法，本發(fā)明通過(guò)慣性控制啟動(dòng)模塊來(lái)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)，通過(guò)慣性控制閉鎖模塊來(lái)閉鎖風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在最大功率跟蹤工作模式與慣性響應(yīng)工作模式間自主轉(zhuǎn)換。本發(fā)明設(shè)置恒定附加電磁轉(zhuǎn)矩步長(zhǎng)，慣性響應(yīng)作用強(qiáng)度不隨轉(zhuǎn)速降低而減弱。當(dāng)系統(tǒng)頻率事故發(fā)生時(shí)，較傳統(tǒng)控制方法，該方法可使風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行約束范圍內(nèi)更加有效地抑制系統(tǒng)頻率跌落。本發(fā)明能有效提高系統(tǒng)頻率跌落最低點(diǎn)、降低頻率下降速度，能可靠保證系統(tǒng)頻率安全；同時(shí)，也能減小低頻減載啟動(dòng)次數(shù)，避免系統(tǒng)過(guò)多負(fù)荷被迫切除，減小經(jīng)濟(jì)損失。
【IPC分類(lèi)】H02J3-00, F03D7-00, H02P9-00, H02P101-15
【公開(kāi)號(hào)】CN104852377
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510288923
【發(fā)明人】鄧長(zhǎng)虹, 李世春, 周沁, 丁文
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月29日