[发明专利]一种用于双风轮风电机组的虚拟同步机控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于双风轮风电机组的虚拟同步机控制方法及系统，属于风力发电机组控制技术领域。通过对双风轮机组两机侧的协调控制实现机组有功功率/无功功率的灵活调节，可以在提高风电机组的运行效率的基础上，改善风力发电机组的并网性能，实现对有功功率和无功功率的无差控制，在电网幅值和频率异常时，可以提供惯性和一次调节功能。并且使风力发电机组通过有功/无功功率调节实现频率响应、电压响应并具备惯量响应和阻尼控制等功能，进一步提高电力系统的动态稳定性。同时，本发明充分利用两风轮机组的协调出力特性，控制逻辑简单，易于实现。

技术领域

本发明属于风力发电机组控制技术领域，具体涉及一种用于双风轮风电机组的虚拟同步机控制方法及系统。

背景技术

目前，随着新能源发电装机容量的快速上升，新能源发电量占比越来越大，风力发电作为新能源发电的重要组成部分，装机规模也已经非常庞大。

相比于应用最为广泛但发电效率较低的单风轮风力发电装置，发电效率高、低风速风能资源利用效率高的双风轮风力发电装置的开发越来越受到研究者的关注，其对风能资源的高效率开发利用具有非常重要的意义。电机的效率和功率因数也明显地改善。相对传统单转子风力发电机，双转子直驱永磁风力发电机有两套风轮，大幅提高了工作风速范围和风能利用系数。

然而与传统大型同步发电机相比，风力发电等新能源发电采用常规的电力电子变流器控制的并网方式缺乏传统发电机所具有的惯性和阻尼，无法像传统发电机一样参与电网调节，导致电网系统频率和电压的抗扰性下降，尤其是风力发电并网规模越来越大时，大量分散的电力电子逆变器并网装置给大电网的安全可靠稳定运行带来了较大影响。由于风力发电出力随风速变化波动，而风速为不可控量，这就导致了风电渗透率高与电网频率/电压稳定性之间的矛盾。在风力发电量占比高的地区，有必要使风力发电机组参与电网调频，保证风力发电提供优质电能。

为改善并网逆变器的性能，国内外学者借鉴同步发电机的优势提出了虚拟同步机(virtual synchronous machine，VSM)技术，即通过控制并网逆变器模拟同步发电机的运行机理，使并网逆变器在运行机制和外特性上与传统同步发电机相比拟，受到学者们的普遍关注。然而目前尚未有针对双风轮风力发电机组并网虚拟同步控制技术的研究，对于风力发电虚拟同步技术的研究主要集中在在电力电子并网变流器中虚拟同步控制策略本身，功能较为单一，未能充分发挥电力电子装置控制灵活的优点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于双风轮风电机组的虚拟同步机控制方法及系统，在保证机组运行效率及稳定性的同时，使风力发电机组具备参与电网频率调节、电压调节、惯量响应和阻尼控制等功能，进一步提高电力系统的动态稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种用于双风轮风电机组的虚拟同步机控制方法，包括以下步骤：

S1：提取电网电压与电流基波正序分量，根据电网电压与电流基波正序分量计算风电机组输出的实际有功功率以及实际无功功率；获取电网系统中发出的有功功率调节指令，并将有功功率调节指令与实际有功功率进行做差比较，得到有功功率偏差；获取电网系统中发出的无功功率调节指令，并将无功功率调节指与实际无功功率进行做差比较得到无功功率偏差；

S2：将S1中的有功功率偏差分别与预先设定的第一有功功率偏差阈值和第二有功功率偏差阈值进行比较；将S1中的无功功率偏差分别与预先设定的第一无功功率偏差阈值、第二无功功率偏差阈值进行比较；

S3：根据比较结果，由风电机组中的第一风轮机组和/或第二风轮机组响应电网系统中的有功功率调节、无功功率调节指令。

优选地，对于第二风轮机组额定功率大于第一风轮机组的双风轮风电机组，S3具体为：