[发明专利]一种双馈风电机组参与电网调频的桨距角控制方法

说明书

本发明属于双馈风电机组技术领域，公开了一种双馈风电机组参与电网调频的控制方法及桨距角。采用比例控制环节，将电网的频率偏差为输入信号，经过比例放大环节，产生功率附加控制信号；采用微分控制环节，将频率变化率作为输入信号，产生响应功率。本发明对模拟惯量控制器参数与电网的频率调节等效模型结合起来进行分析，证明了可调频风机的并入电网可以增加电网的等效惯量和等效阻尼。在改进的桨距角控制，引入了频率响应控制环节，通过调节桨距角，DFIG在高风速条件下也可以较好地参与一次调频。仿真结果表明，采用模拟惯量控制和改进的桨距角控制的双馈风电机组能有效地参与一次调频，减小电网的稳态误差。

技术领域

本发明属于双馈风电机组技术领域，尤其涉及一种双馈风电机组参与电网调频的控制方法及桨距角。

背景技术

传统的双馈风电机组追踪最大功率点的运行方式使得电网频率与其转子转速解耦，不具备惯性响应和调频能力，而随着电网中风电的渗透率越来越大，研究双馈风电机组的频率响应能力显得尤为迫切。电网的惯量反映了电网阻止频率变化的能力，使得发电机有响应的时间重建有功平衡。双馈风电机组的惯性控制需要在电网频率变化时，调节其有功出力，释放或存储旋转动能，达到对电网提供惯性支持的目的。由于双馈风电机组对有功和无功的解耦控制，使得其无法响应电网的频率变化，因此，与同步发电机不同，双馈风电机组的固有惯量对电网表现为一个“隐藏”的惯量。若电网的总负荷量一定，当越来越多“无惯量”的双馈风电机组取代传统的同步发电机并入电网时，导致电网的等效惯量不断减小，而惯量越小，将直接导致电网的频率稳定性减弱。对于这一难题，现有阶段，常用以下技术对电网的频率进行调节：1.虚拟惯量控制法，其存在的缺陷是：目前这种控制方法大多没有对当前风速进行分析，且在所有的频率状况下均采用相同的控制参数，影响系统频率的控制效果；此外由于虚拟惯量控制与最大功率跟踪控制矛盾，因而限制了虚拟惯量控制的效果。2.减载控制方法，其存在的缺陷是：这种方法使得双馈风电机组不能处于最大效率工作点；并且基于桨距角控制的减载方法不适用于需要快速响应的电力系统一次频率调节。3.下降(比例控制方法)，其存在的缺陷是：目前这种方法很少单独使用，一般和虚拟惯量控制相互结合，以取得更好的控制效果。例如：桨距调节技术。双馈风电机组的变桨机构是机械部件，其调整速度较慢，采用直接的变桨法调频效果不明显；而且稳态时，也放弃了最大功率跟踪，同时机组机械部件的频繁动作也增加了检修费用，并容易缩短机组的使用寿命。另外，变桨法通常使用在高风速段，针对于中低速段，其频率调节效果并不理想。

综上所述，现有技术存在的问题是：双馈风电机组并入电网时，导致电网的等效惯量不断减小，惯量越小，直接导致电网的频率稳定性减弱。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双馈风电机组参与电网调频的控制方法及桨距角。

本发明是这样实现的，一种双馈风电机组参与电网调频的控制方法，所述双馈风电机组参与电网调频的控制方法采用比例控制环节，将电网的频率偏差作为输入信号，经过比例放大环节，产生功率附加控制信号，即ΔP₁＝-K_pfΔf；采用微分控制环节，将频率变化率作为输入信号，产生响应功率，即

微分环节采用频率变化率控制，在频率变化初始时刻即可检测到频率的变化趋势，可以提供较大的频率支撑，但随着频率变化率的逐渐降低，产生的功率信号逐渐变小；而比例环节采用频率偏差作为输入，在频率变化初期的控制速度虽然较慢，但是随着频率的继续跌落，在频率跌落最低点附近可以产生较大的功率反馈信号。

因此，采用了两个控制环的模拟惯量控制环节产生的功率控制信号为:

当电网频率下降时，风机组利用这部分能量，进行电网频率调节，使电网频率提升。

进一步，所述双馈风电机组参与电网调频的控制方法具体包括：