[发明专利]一种风力发电机组虚拟同步发电机控制实现方法

摘要

本发明公开了一种风力发电机组虚拟同步发电机控制实现方法，包括步骤：1)数据采集；2)调频启动判断；3)计算调频功率；4)风机功率控制目标设定；5)计算惯量调节值；6)惯量调节值限幅；7)转速保护判断；8)惯量调节功率下发执行。采用本发明方法的风机利用采用转动惯量+定转速复合调节作为能量来源，使得与系统频率原不存在直接耦合关系本风机输出功率，在输出上实现一次调频及虚拟惯量调节。可使得风力发电机组可以模拟传统火电机组具备调频及惯量支撑能力，同时也有效提高风力发电机组接入后电网安全稳定运行裕度，有利于大型半直驱永磁同步风力发电机组分散式接入的推广。

主权项

1.一种风力发电机组虚拟同步发电机控制实现方法，其特征在于，包括以下步骤：1)数据采集变流器采集电网侧三相电压瞬时值Ua、Ub、Uc，利用变流器锁相环PLL计算获得电网同步频率f及频率变化率df/dt，风机主控系统利用旋转编码器或接近开关计算获得风机的叶轮转速瞬时值ωmea，或称呼为叶轮角速度瞬时值ωmea；2)调频启动判断2.1)判断风机是否开启虚拟同步发电机调频功能，如果开启虚拟同步发电机调频功能，且则执行步骤2.2)，否则风机的调频有功调节量命令值设置为0，即ΔP_调频＝0.其中P_10min为风机10mins平均功率值,P_N为风机额定有功功率，为启动功率百分比，默认值取20％，能够根据风机能力和调度要求设置；2.2)进行风场是否进入频率调节的死区范围判断，若在死区范围内，则风机的调频有功调节量命令值ΔP调频＝0，流程结束，若不在死区范围内，进行步骤3)，其中，是否在死区范围内的判断方法如下：当flow≤f≤fup，频率在死区范围内；当f＜flow或f＞fup，频率在死区范围外，进入有功调频；其中，f为采集的电网同步频率值，flow为频率死区下限值，默认取49.95Hz，fup为频率死区上限值，默认值取50.05Hz，具体根据当地调度要求进行设定；f＞fup，锁定并取值进入调频瞬间有功功率值P0，进行步骤3.1)降功率调节；f＜flow，锁定并取值进入调频瞬间有功功率值P0，进行步骤3.2)升功率调节；3)计算调频功率3.1)降功率调节计算计算一次调频功率调节值，公式为：ΔP_一次调频＝(f_up‑f)×(1/δ％f_n)×P_n，进行步骤3.3)，其中，f_n为额定电网频率，默认值为50Hz，具体根据当地电网进行设定标准值为50Hz或60Hz，δ％为调差率，部分电网要求中描述为下垂系数3.2)升功率调节计算计算一次调频功率调节值，公式为：ΔP一次调频＝(f‑flow)×(1/δ％fn)×Pn，进行步骤3.3)；3.3)虚拟惯量功率调节计算虚拟惯量有功功率调节量满足公式：式中，TJ为模拟传统同步发电机惯性时间常数，取值应在4s～12s范围内，推荐为5s，进入步骤3.4)；3.4)求取调节目标功率，公式如下：Pset＝P0+ΔP虚拟惯量+ΔP一次调频式中，Pset为风机主控制策略功率控制目标值；4)风机功率控制目标设定Pset为功率控制目标值下发给风机主控制策略，主控制策略通常采用GH控制策略或aerodyn控制策略，进入步骤5)；5)计算惯量调节值求取惯量调节功率值，公式如下：ΔP惯量＝(P0+ΔP一次调频+ΔP虚拟惯量)‑Pω式中，Pω为风机主控制策略，即GH控制策略或aerodyn控制策略，依据当前风机的叶轮转速瞬时值ωmea计算获得的功率控制设定，进入步骤6.1)；6)惯量调节值限幅6.1)计算惯量调节能力的最大值ΔP惯量max式中，ΔP惯量能力max为叶轮存储升功率惯量功率能力最大值，J为风机的叶轮转动惯量，依据所使用的风机型号及参数设定；惯量能力饱和取值，ΔP惯量能力max与factor*PN取最小值，公式如下：ΔP惯量max＝min(ΔP惯量能力max,factor*PN)式中，factor为饱和系数，能够依据风机实际参数设定，建议取值为0.1；6.2)计算惯量调节能力的最小值ΔP惯量min式中，ΔP惯量能力min为叶轮存储升功率惯量功率能力最小值，J为风机的叶轮转动惯量，依据所使用的风机型号及参数设定；惯量能力饱和取值，ΔP惯量能力min与factor*PN取最大值，公式如下：ΔP惯量min＝max(ΔP惯量能力min,factor*PN)判断ΔP惯量是否小于或等于0，如果确定小于或等于0，执行步骤6.3)，否则执行步骤6.4)；6.3)降功率惯量限幅ΔP惯量执行＝max(ΔP惯量min，ΔP惯量)式中，ΔP惯量执行为最终下发执行惯量调节值；执行步骤7)；6.4)升功率惯量限幅ΔP惯量执行＝min(ΔP惯量max，ΔP惯量)执行步骤7)；7)转速保护判断若在转速范围外，则风机的调频有功调节量命令值ΔP调频＝0，流程结束，若在死区范围内，进行步骤8)，其中，是否在转速范围内的判断方法如下：当ωlow≤ωmea≤ωup，频率在死区范围内，进入步骤8)；当ωmea＜ωlow或ωmea＞ωup，频率在死区范围外，流程结束；式中，ωlow为设置惯量调节最低叶轮转速，ωup为设置惯量调节最高叶轮转速，依据所使用的风机型号及参数设定；8)惯量调节功率下发执行计算下发执行功率值，公式如下：Pref＝Pω+ΔP惯量求取变流器转矩参考值，公式如下：Tref＝Pref/ωmea式中，Tref为下发变流器转矩执行参考值，将Tref作为转矩参考值下发变流器执行。