[发明专利]一种基于虚拟同步机的电网调频控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于虚拟同步机的电网调频控制方法及装置，当电网频率正常时减小风机转矩，提升电机转速，把产生的多余能量储存起来，当电网频率变化时转矩给定恢复为风机最优功率曲线的给定值，并释放能量，本发明提高了调频响应速度，解决了变桨速度慢导致调频响应速度慢的问题，且能够提供风场频率波动时的有功协调，实现了稳定电网频率，增强了电网抗干扰能力的作用，其控制效果能够使风场对电网频率的变化表现为同步机的外特性。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，特别涉及一种基于虚拟同步机的电网调频控制方法及装置。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭和由此带来的环境危机日益加剧，新能源发电成为未来世界的发展趋势。光伏、风能、燃料电池等分布式可再生能源成为了各国政府和研究人员应对该问题的有力保障。作为分布式电源和交流电网的接口，电力电子变换器是微电网的核心器件，但其不具有旋转部件，响应速度快而缺少惯性，导致在大扰动下微电网频率和电压变化较快。风电接入电网占比逐年增大，风力发电输出功率的波动，对电网稳定性的影响也日渐突出，这与国家电网建设坚强型电网的大方向相背离。为使风机提供优质电能，并在电网频率波动的情况下，使风机能够提供抑制电网频率波动有功功率支撑，风机虚拟同步机技术的研发应运而生。

风机虚拟同步机技术，即利用电力电子装置，通过风机控制器算法协调，使风力发电机在电网频率波动的情况下能够与同步机具有类似的外特性，参与电网调频，此项技术对风机友好接入电网意义显著。另外，对发电设备有风电机组的微电网意义非凡，可对微电网的惯性特征的提高具有决定性作用，保证能够微网系统平稳运行。如公开号为“CN107732978A”，名称为“一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统”的中国专利，该专利在使用虚拟同步发电机对接入电网的可再生能源系统进行控制时，只考虑采用一次调频控制方式，这样风机输出的电能质量不高，当这些质量不高的电能输进电网后会对电网不利，造成电网频率不稳定及抗干扰能力弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟同步机的电网调频控制方法及装置，用于解决现有技术中电网频率不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟同步机的电网调频控制方法，包括如下步骤：

当电网频率正常时，减小风机最优功率曲线对应的转矩，储存调频时需要的能量；当电网频率变化时，控制转矩恢复为风机最优功率曲线对应的最优转矩，释放储能。

进一步地，还包括通过控制风机目标桨距角确定调频时需要的能量的过程，其中，所述风机目标桨距角的计算过程为：设定调频时需要的能量，根据风能最优率计算风机最优运行时的功率，根据设定的调频时需要的能量及风机最优运行时的功率计算风机当前实际发电功率，再根据所述当前实际发电功率计算所述风机目标桨距角。

作为为桨距角的进一步限定，计算得到风机目标桨距角后，对所述风机目标桨距角进行PI控制，根据PI控制输出量进行风机变桨控制。

进一步地，所述风能利用率的计算公式为：

其中，P_d为调频时需要的储备能量，P₁为当前风机的有功功率，Cp₁为风能利用率。

进一步地，风机目标桨距角的计算公式为：

其中，λ为叶尖速比，β为桨距角，ω为风轮角速度，R为风轮半径，V为上风向风速，i为中间变量。

为了得到高质量的风机能量，还根据所述电网频率进行一次调频控制和/或惯性调频控制，当一次调频控制或惯性调频控制需要增加有功支撑时，释放储能。