[发明专利]提升高渗透率风电接入电网暂态稳定性有功功率控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升高渗透率风电接入电网暂态稳定性的有功功率控制策略，属于电力系统控制技术领域。

背景技术

当前世界各国仍旧主要依赖于化石能源，但依赖于化石能源就意味着有毒的气体和二氧化碳等温室气体源源不断的向大气排放。这种能源模式是不可

持续的，也必将造成如冰山融化和气温上升等严重后果。目前，风力发电在我国电力系统中占有很大的比重，是因风能具有清洁、分布广、可再生等特点。但由于风力发电自身的特点及其生产电能时的特殊性，从有风力发电技术之日起，风力发电技术就面临着各种问题。尤为突出的问题就是风电功率的随机性和波动性。当并入电网的风电容量较小时，其所带来的影响可以通过电力系统自身的调节能力进行缓解。但是，当并入电网的风电容量较大时，电网的自身调节能力不再能缓解风电波动性所带来的影响，此时会使电网不再运行于稳定状态，甚至可能会造成风电场退出系统运行。如果电网完全依靠传统电源对并网的风电进行补偿，那么随着电网中风力发电机容量所占总容量比例的增加，可能会因此增加传统电源的备用容量，这会加大系统的运行成本。风电利用小时数也较低，如果完全按照风电满发容量来确定系统所需的备用容量，电网投资会很大，输送通道也会造成很大的浪费。因此风电大规模并入电网会对电网造成较明显的影响，如果风力发电想继续快速发展，风电场将需要具备一些能减弱自身对电网造成不利影响的能力。因此研究高渗透率风光电集中接入电网的暂态控制关键技术的策略具有重大的意义。

发明内容

通过分析风力发电系统的特性，本发明设计了其参与系统一次调频的控制器并制定了其参与系统调峰的控制策略，取得的具体成果如下:

一种提升高渗透率风电接入电网暂态稳定性的有功功率控制策略，所述方法包括以下步骤：

1)根据双馈式风力发电系统的特性，可以在旋转(dq)坐标系下建立数学模型，电机的定子侧电压及转子侧的电压与转速关系的方程为下式所示：

式中：u_dr、u_qr——分别为电机转子侧的电压在dq坐标系的分量；

u_ds、u_qs——分别为电机定子侧的电压在dq坐标系的分量；

i_dr、i_qr——分别为电机转子侧的电流在dq坐标系的分量；

i_ds、i_qs——分别为电机定子侧的电流在dq坐标系的分量；

R_r——转子绕组的等效电阻(Ω)；w_r——转子电角速度(rad)；

L_r——转子绕组的等效感抗(H)；w_s——定子电角速度(rad)；

R_s——定子绕组的等效电阻(Ω)；L_s——转子绕组的等效感抗(H)；

L_m——转子绕组和定子绕组之间的等效互感(H)；

p——微分算子。

双馈式异步发电机与传统异步发电机不同，它是通过双脉冲宽度调制(PWM)变换器将转子与电网相连接的，因此其功率方程与传统的异步发电机不同。双馈式发电机在dq坐标系下的定子和转子侧功率方程表达式如下式所示：

式中P_s、Q_s——分别为发电机定子侧功率的直轴(d轴)和交轴(q轴)分量。

式中P_r、Q_r——分别为发电机转子侧功率的d轴和q轴分量。

在不考虑发电机铜耗的前提下，转子侧与定子侧的有功功率之间可以通过如下表达式：

P_r＝sP_s

式中：s为转差率，s＝(w_s-w_r)/w_s

因此双馈式异步发电机传输到电网全部功率为:

p＝P_r+P_s＝sP_s+P_s

2)根据DFIG风电机参与系统调频控制的策略，可设系统的频率由f₀变化到f₁，双馈式异步发电机的转子转速由w₀变化到w₁，释放或吸收的转子能动为：