[发明专利]基于电力系统频率二阶微分的双馈风机惯性控制方法

说明书

本发明公开一种基于电力系统频率二阶微分的双馈风机惯性控制方法。该方法包括：对电力系统频率的偏差求二阶导数得出其变化的加速度；计算风机输出的有功功率与电力系统频率的二阶导数之间的函数关系；计算考虑Δf的二阶导数的双馈风机虚拟惯性因子；双馈风机含有Δf二阶导数的惯性控制回路的构建。该控制方法具有更快速的双馈风机动能提取特性，可以更好的用于双馈风机的有功平滑输出技术。相比于传统基于频率一阶导数的惯性控制方法，可以更大程度上利用的风机转子所储存的旋转动能以补偿电力系统有功的缺失，减小电力系统频率的波动。

技术领域

本发明涉及双馈风力发电机控制、风机惯性控制、风机平滑输出技术、风力发电机调频技术，具体涉及一种通过电力系统频率的二阶微分来控制风力发电机有功输出的方法。

背景技术

风力发电机的惯性控制技术主要通过提取发电机转子中存储的旋转动能来调节风机的有功输出。当电力系统频率发生波动时，风机的惯性控制器响应这个波动，并调节风力发电机的机侧换流器，从而提取风机的动能，支撑电网频率的跌落。

传统的惯性控制方式有下垂惯性控制、虚拟惯性控制和次优功率工作曲线控制。以上控制方式均在工业上有所应用，并取得了较好的控制效果。但风机的惯性响应需通过调节转子转速实现，因此具有较大的滞后性，并不能很好的响应电力系统频率的变化速度。因此，快速提取风机动能的控制技术成为了各大高校和科研机构的重点研究领域。

发明内容

为了解决上述背景技术存在的问题，本发明的目的是提供一种通过计算电力系统频率的二阶导数来控制风机惯性的控制方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于电力系统频率二阶微分的双馈风机惯性控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对电力系统的频率进行采样，同时对风力发电机转速进行采样；

步骤2：将电力系统的实时频率作为反馈信号，并求出电力系统频率的二阶导数；

步骤3：计算电力系统频率的二阶导数与双馈风机有功输出变化量之间的函数关系；

步骤4：根据步骤3中的函数关系，计算考虑频率二阶导数的双馈风机的虚拟惯性因子；

步骤5：根据步骤3中的函数关系和步骤4中的虚拟惯性因子，构建风机的惯性控制回路。

进一步的，步骤2中计算电力系统频率的二阶导数方法为：

设置采样周期为T，三个相邻采样周期的采样值分别为f_(n-1)T、f_nT和f_(n+1)T， n表示第n个采样周期，则电力系统频率的二阶导数可以表示为：

其中，

进一步的，步骤3中电力系统频率的二阶导数与双馈风机有功输出变化量之间的函数关系可以表示为：

其中，δP_WT为双馈风机有功输出的变化量，H_eq为风机等效惯性时间常数， K_vir为风机虚拟惯性系数，ω_r0为风机当前的同步转速，ω_s为电力系统同步转速。

进一步的，步骤4中考虑频率二阶导数的双馈风机的虚拟惯性因子δf_kopt可以表示为：

其中，K_opt为风机最优工作系数，ω_g为发电机转速。