[发明专利]一种PMSG风机提供一次调频和虚拟惯性的协调控制方法

说明书

本发明公开了一种PMSG风机提供一次调频和虚拟惯性的协调控制方法，通过建立直流电压与交流频率的耦合关系，加入直流惯性控制，让储存在直流电容中的静电能量提供虚拟惯性；为解决工程造价增加和换流站体积增大的问题，加入虚拟电容控制，其能够在背靠背变流器中提供一个比实际电容大很多的虚拟电容，为交流系统提供更多的虚拟惯性支撑；在RSC定功率控制中加入有功‑频率下垂控制，使得PMSG风机提供一次调频服务，提供连续的有功功率支持。采用本发明方法，PMSG风机能够同时利用直流电容中的静电能和转子中的旋转动能来提供一次调频和虚拟惯性支撑。

技术领域

本发明涉及电力系统稳定与控制、新能源并网领域，具体是一种PMSG风机提供一次调频和虚拟惯性的协调控制方法。

背景技术

近年来，由于能源危机、气候变化与环境污染等问题，风能作为清洁能源发展迅速，在电力系统中的渗透率不断增加。与同步发电机不同，永磁直驱(permanent magnetsynchronous generator，PMSG)风机通过电力电子变流器接入电网，而且为了捕获最大的风能，风机输出的功率通常由最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)控制，这导致风机的转速与电网频率呈现出解耦状态，风机转子的旋转惯量被隐藏了。随着风电接入比例的不断增加，传统的同步发电机将会被PMSG风机部分替代，电力系统的惯量将会减少，这给电力系统的频率稳定与控制带来了严重的挑战(Y.Li,L.He,F.Liu,Y.Tan,Y.Cao,L.Luo and M.Shahidehpour,“A dynamic coordinated control strategy ofWTG-ES combined system for short-term frequency support,”Renew.Energy,vol.119,pp.1–11,Apr.2018)。PMSG风机中直流电容中的静电能和转子中的旋转动能都能为交流系统提供调频服务，然而现有技术对协调二者的研究涉及比较少，因此研究利用PMSG风机直流电容中的静电能和转子中的旋转动能来提供一次调频和虚拟惯性的协调控制具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种PMSG风机提供一次调频和虚拟惯性的协调控制方法，针对PMSG风机接入弱电网的系统，通过本控制方法，能够让风机提供惯性响应和一次调频服务；此外，本控制方法不需要额外的储能设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种PMSG风机提供一次调频和虚拟惯性的协调控制方法，包括步骤：

对PMSG风机接入弱电网的系统，加入直流惯性控制，让风机的直流电容中储存的静电能量为交流系统提供虚拟惯性支撑；在所述直流惯性控制中，虚拟惯性时间常数H_dc和定直流电压控制参考值V^*_dc分别为：

式中，C_dc为PMSG风机的直流电容值，f₀为交流系统的额定频率，V_dc0为背靠背变流器直流电压的额定值，S_WT为风机的额定容量，Δf_max为交流频率最大允许的偏差值，ΔV_max为直流电压最大允许的偏差值，f为测量的交流频率。

进一步的，所述直流惯性控制中，定直流电压控制参考值V^*_dc替换为：

式中，C_dc为PMSG风机的直流电容值，f₀为交流系统的额定频率，V_dc0为背靠背变流器直流电压的额定值，S_WT为风机的额定容量，f为测量的交流频率，H_dc为虚拟惯性时间常数。