[发明专利]一种针对双馈风机的阻尼增强型控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对双馈风机的系统阻尼增强方法，尤其涉及了一种针对双馈风机的阻尼增强型频率下垂控制方法。

背景技术

随着电网中风力发电的渗透率日益增长，传统同步发电机所占的发电比例越来越小，大规模、高比例的风电并网给能源结构的优化与环境问题的缓解带来了崭新机遇，为但同时也为电网的运行和控制提出了严峻的挑战，如传统运行于最大功率追踪等控制下的风电机组无法为电网提供惯性与有功功率支撑等。

频率下垂控制与虚拟同步机控制通过模仿传统同步发电机的外特性，可以使风电机组为电网提供惯性与有功支撑，从而提高系统的频率稳定性，保障电网的安全稳定运行。研究表明通过配置频率下垂系数可以提高频率下垂控制双馈风机的同步稳定域，但同时也会弱化系统阻尼，导致系统动态性能变差。

发明内容

为了解决现有技术中频率下垂控制或虚拟同步机控制下双馈风力发电机由于配置下垂系数以满足同步稳定裕度时引起系统阻尼变弱的问题，本发明提出一种针对双馈风机的阻尼增强型频率下垂控制方法，采用在频率下垂控制中引入关于电网频率的附加阻尼项的方法增加系统等效阻尼，该附加阻尼项不影响双馈风机的虚拟功角-转速平衡点和同步稳定裕度，因此可用于补偿由于配置下垂系数以满足双馈风机同步稳定裕度而引起的系统阻尼变弱。

本发明的技术方案采用：

本发明针对频率下垂控制或虚拟同步机控制下双馈风力发电机由于配置下垂系数以满足同步稳定裕度时引起系统阻尼变弱的问题，采用在频率下垂控制中引入关于电网频率的附加阻尼项的方法增加系统等效阻尼，如图1所示，在逆变器的频率下垂控制(惯性模拟系数J＝0)或虚拟同步机控制(惯性模拟系数J≠0)中引入关于电网角频率的附加阻尼项D_assist(ω_sf-ω_g)，该附加阻尼项的引入不影响双馈风机的虚拟功角-转速平衡点和同步稳定裕度，因此可补偿由于配置下垂系数以满足双馈风机同步稳定裕度而引起的系统阻尼变弱。

所述阻尼增强型频率下垂控制双馈风机的磁链输出角频率ω_sf通过以下方式控制：

其中，ω_sf是双馈风机的磁链输出角频率，ω₀是角频率设定值，K_P是下垂系数，P_ref是有功功率参考值，P_E是双馈风机的输出有功功率，D_assist是附加阻尼系数，ω_g是电网角频率。

在频率下垂控制中，还可以引入惯性模拟项Jdω_sf/dt，使所述的阻尼增强型频率下垂控制双馈风机的磁链输出角频率ω_sf通过以下方式控制：

其中，J是惯性模拟系数，ω_sf是双馈风机的磁链输出角频率，ω₀是角频率设定值，K_P是下垂系数，P_ref是有功功率参考值，P_E是双馈风机的输出有功功率，D_assist是附加阻尼系数，ω_g是电网角频率。

进一步地，所述的双馈风机虚拟功角通过对该阻尼增强型频率下垂控制输出的磁链角频率与电网角频率之差即(ω_sf-ω_g)积分获取。

本发明的有益效果是：

本发明解决了频率下垂控制下双馈风力发电机由于配置下垂系数以满足同步稳定裕度时引起系统阻尼变弱的问题，通过配置附加阻尼系数增加系统等效阻尼，且该附加阻尼项不影响双馈风机的虚拟功角-转速平衡点和同步稳定裕度，从而可补偿由于配置下垂系数以满足双馈风机同步稳定裕度而引起的系统阻尼变弱。本发明控制方法也可应用于采用虚拟同步机控制的双馈风机，使频率下垂控制或虚拟同步机控制的双馈风机在具有期望的同步稳定裕度的同时，也具有期望的阻尼特性，改善电网的动态特性与稳定性。

附图说明

图1为本发明针对双馈风机的阻尼增强型频率下垂控制方法的示意图；

图2为本发明的双馈风机并入无穷大电网的控制结构图；

图3为本发明的频率下垂控制双馈风机的转速-电磁功率平衡点示意图；

图4为本发明的频率下垂控制双馈风机在电网频率波动时的新转速-电磁功率平衡点示意图；

图5为本发明的频率下垂控制双馈风机的同步稳定边界示意图；