[发明专利]一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率控制方法，具体来说，涉及一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法。

背景技术

黑启动是指整个电力系统因故障全停后，不依赖别的系统帮助，通过系统中具有自启动能力机组带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统供电范围，最终实现整个系统恢复的过程。传统黑启动电源通常选取抽水蓄能电站或燃气轮机等运行可靠性较高的电源，然而受水资源分布、燃气轮机运行维护要求较高等因素约束，电网中存在黑启动电源不足及分布不合理的实际问题。随着智能电网环境下运行控制技术的提升，采用大规模“系统友好型”风电场作为黑启动电源在理论研究和实际应用上均是一种有益的尝试。

目前大部分风电机组采用变流器实现变速恒频控制，使得风力机的转速与网侧频率完全解耦，当频率变化时无法进行实时响应，为系统提供惯量和频率支持。黑启动过程对孤立小系统的频率稳定性提出了较高的要求，这也成为了制约风电场参与电网黑启动的条件之一。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，该方法充分利用风电机组的转速空间，提升风电场黑启动过程的孤立系统频率稳定性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下的技术方案：

一种基于虚拟惯量的风电场黑启动频率控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤10)当系统故障停电时，以风电场作为黑启动电源；

步骤20)采用柴油发电机向风电场35kV侧母线进行供电，同时启动静止无功发生器，为黑启动系统提供无功功率支撑；在黑启动过程中，柴油发电机作为主参考源，为黑启动系统提供稳定的电压幅值和频率参考；

步骤30)利用步骤20)中静止无功发生器和柴油发电机提供的功率，对永磁直驱风电机组的辅机系统进行供电，当风速满足永磁直驱风电机组启动条件时，风轮机开始捕获风能，利用机侧变流器对永磁直驱风电机组的转速进行控制，实现经由网侧变流器对35kV侧母线的功率传递；

步骤40)当步骤30)的永磁直驱风电机组启动后，在启动阶段采用跟踪曲线切换虚拟惯量控制方法，在机侧变流器控制环节引入系统频率偏差，作为当前主频率控制方法；在永磁直驱风电机组满足变桨条件时，利用改进桨距角响应虚拟惯量控制方法，在风电机组变桨距系统引入频率偏差，作为辅助频率控制方法对系统频率进行响应；

步骤50)当永磁直驱风电机组启动后，采用基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法，当频率偏差满足切换条件时，将当前主频率控制方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法对频率进行响应，减小控制方法切换对系统频率的冲击；

步骤60)当主频率控制方法切换后，系统频率趋于稳定时，启动对侧火电厂辅机；

步骤70)启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。

作为优选例，所述的步骤30)中，改进桨距角响应虚拟惯量控制方法是指：通过将引进系统频率与频率参考值比较，并将系统频率与频率参考值的频率偏差值，通过惯性环节和限幅环节得到风机角速度的偏差值，将风机角速度的偏差值与角速度参考值相比较，并将矫正后的角速度先后经过风电机组变桨距系统中的PI控制器、限幅环节、惯性环节以及桨距角的限速器，得到风电机组的桨距角。

作为优选例，所述的步骤40)中，基于系数变换的主频率控制方法平滑切换的方法是指：在风电机组启动后，通过设定斜率，采用系数随时间变换的方法，将最大功率跟踪曲线比例系数k'_opt平滑地恢复至1；同时，当满足切换条件时，将系统的主频率切换方法切换至附加功率外环虚拟惯量控制方法；k'_opt依据式(1)确定：

其中，k'_opt为最大功率跟踪曲线比例系数，k_opt为固定的跟踪曲线比例系数，ω_r0为初始运行对应的电角速度，η为比例系数，Δf为频率偏差值。

作为优选例，所述的步骤40)中，所述的切换条件是指：t≥t₁且Δf≤0.01Hz，其中：t₁为永磁直驱风电机组启动后到方法切换的时间，Δf表示频率偏差。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

(1)本发明实施例的控制方法，基于风电场黑启动场景的特殊性，考虑到风电场黑启动采用变桨控制限功率运行而留下的转速空间，提出的桨距角响应控制方法，能够有效减小火电厂辅机启动时造成的频率跌落。