[发明专利]一种变速风电机组模拟惯量响应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种变速风电机组模拟惯量响应控制方法。

背景技术

风力发电是清洁、可再生的新能源发电方式，对于保护环境、节约化石能源具有十分重要的意义。但是风力发电由于其波动性、不确定性以及风电机组的对电网的支撑能力较弱，对于电力系统而言是一种“不友好”的发电技术。电网公司和调度机构需要风电机组在电网频率发生扰动时，通过电力变频器等控制装置，使得风电机组能够对电网频率扰动产生有益的响应，维持电网频率的稳定。尤其是在电网频率降低时，能够实现模拟惯量响应和暂态有功功率支撑。

传统的采用最大风能功率跟踪等控制策略的变速风电机组，由于电力电子装置的快速响应特性，能够有效的跟踪风速变化，但不能对电网频率和有功功率的变化产生响应，除非对原有的控制策略进行修改。

在2010年7月9日申请的名称为“异常频率条件期间的可变速风轮机的继电器式控制器和控制方法”的PCT申请号为WO2011/008637 EN的专利中描述了一种方法。该方法配置变速风轮机在电网频率下降到阈值以下时，在实际风轮机允许的能力范围内，提供固定的补充电力增量，直至电网频率恢复到适当的预定值，且无需评估电网频率偏差的改变速率、偏差的积分和/或偏差的幅值中的任何一项。该方法没有考虑当风电机组转速下降后，风轮机捕获的功率下降对风电机组控制的影响；没有给出如何针对不同运行工况下风电机组惯量响应、暂态功率支撑能力的不同，合理的设定控制参数。

文献（Germán Claudio Tarnowski, Philip Carne Kj?r, Poul E. S?rensen. Variable Speed Wind Turbines Capability for Temporary Over-Production [C]. IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2009 (PES '09), 1-7）提出的模拟惯量响应控制方法，考虑了风轮机转速下降对捕获的风能机械功率的影响，并在转速的恢复过程中采用恒定功率的控制方法，可以有效实现风电机组的模拟惯量响应控制，充分利用风电机组转子动能。但是，该方法没有考虑风电机组转矩的限制，而且恢复过程采用恒定功率控制导致恢复时间很长。该方法也没有给出如何针对不同运行工况下的风电机组合理设定控制参数的方法。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在风电机组惯量响应能力利用不充分、转矩、电流等物理量难以控制在合理范围内、对电力系统的频率稳定支撑特性不够优化、灵活性差、响应时间长等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种变速风电机组模拟惯量响应控制方法，以实现电网降低频率大扰动事件发生后的频率偏差幅值和变化速率，提升电力系统的频率稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变速风电机组模拟惯量响应控制方法，包括：

a1、基于最大风能功率跟踪控制策略，依据风电机组轮毂处风速vw和风电机组转速ωr，获得风轮机最大可能捕获的风能功率；

a2、将所得风轮机最大可能捕获的风能功，设定为风电机组有功控制的参考值P0；

a3、通过锁相环等电网频率测量设备，获得电网频率f；

a4、基于电网频率f，通过附加控制环节，生成有功功率附加控制的参考值ΔP，并叠加到风电机组最大风能跟踪控制参考值P0上，叠加后风电机组的有功功率控制参考值为P0+ΔP。

进一步地，所述附加控制环节，采用类似继电器式的控制策略：

当电网频率f变化幅值Δf大于预定的阈值时，附加控制环节发生作用；

当电网频率f变化幅值Δf在预定的阈值的范围内时，附加控制环节不发生作用。

进一步地，所述电网频率f变化幅值Δf的阈值的设定，需要参考电力系统稳态运行允许的频率波动范围。

进一步地，所述当电网频率f变化幅值Δf大于预定的阈值时，附加控制环节发生作用的操作，具体包括：

当电网频率f降低的幅值Δf超过预设的阈值时，附加控制环节产生时长为tdcc的正值控制信号ΔP1，促使风电机组在最大功率跟踪控制策略对应的有功功率P0的基础上，有功功率即电磁功率暂时维持P0+ΔP1；

在模拟惯量响应和暂态有功功率支撑之后，附加控制环节产生负值的控制信号ΔP2，使得有功功率即电磁功率P0+ΔP2暂时小于风轮机捕获的机械功率；