[发明专利]考虑湍流风速对转速恢复影响的风机惯性响应控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种考虑湍流风速对转速恢复影响的风机惯性响应控制方法及系统。针对单一电磁功率设定在湍流风速下难以兼顾转速可靠恢复和电网频率支撑的问题，本发明充分考虑湍流风速的渐强/渐弱阵风交替变化特性，在惯性响应控制的转速恢复阶段根据风速变化切换设定风机电磁功率指令，在渐强阵风时利用强劲的气动功率加速风轮，在渐弱阵风时中断转速恢复并切换至次优功率曲线运行以镇定风机。本发明在湍流风速下能够可靠实现转速恢复，同时避免电网频率出现二次跌落。

技术领域

本发明属于风机控制领域，特别是一种考虑湍流风速对转速恢复综合影响的风机惯性响应控制方法及系统。

背景技术

当前电力系统中广泛采用的变速风电机组通常运行在最大功率点跟踪模式，风轮转速与电网频率解耦，越来越高的风电占比给维持电力系统频率稳定带来艰巨挑战。为此，在发生频率事件时，风电机组需要采用惯性相应控制，通过释放风轮动能为电网提供短时有功功率支撑，从而改善电网频率响应。

为保障风电机组运行稳定性及发电效益，在频率支撑结束后风轮需要重新加速至最优转速。目前，对于转速恢复方法的研究大多关注风轮转速恢复和电网支撑的协调问题，主要提出了两类转速恢复方法，分别是基于恒定电磁功率的恢复方法和基于预设加速功率的恢复方法。前者根据低于风轮捕获气动功率的某一恒定值设定风电机组电磁功率指令，后者根据预期的加速功率以及风轮捕获气动功率设定风电机组的电磁功率指令。

然而，上述转速恢复方法均采用单一的电磁功率设定。由于实际湍流风速具有很强的随机波动性，单一的电磁功率设定无法满足风电机组兼顾转速恢复和电网支撑的运行要求。一方面，若恢复方法始终采用过高的电磁功率设定，湍流风速中包含的渐弱阵风可能导致恢复中断、甚至恢复失败，进而造成电网频率的二次跌落；另一方面，渐弱阵风时持续恢复转速会导致风电机组对电网有功功率支撑不足，进而引起电网频率二次跌落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑湍流风速对转速恢复综合影响的风机惯性响应控制方法及系统，在转速恢复阶段根据风况调整电磁功率设定，在湍流风速下既能够可靠恢复转速，同时避免引起电网频率二次跌落。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑湍流风速对转速恢复影响的风机惯性响应控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，获取风机的结构参数和气动参数；所述结构参数包括风轮半径R、电磁转矩上限T_lim、转速下限ω_min，所述气动参数包括空气密度ρ，最优叶尖速比λ_opt、最大风能利用系数C_pmax、风机的实时转速ω_r、平均风速以及电网频率偏差；

步骤2，检测电网频率偏差是否超过死区，若没有，则启动最大功率点跟踪控制，否则风机启动惯性响应控制，转入步骤3；

步骤3，电磁功率设定模式选为频率支撑模式，转入步骤4；

步骤4，根据风机的实际转速判断是否满足频率支撑终止条件，若满足，转入步骤5，否则，转入步骤3；

步骤5，将频率支撑结束时的转速作为判断转速恢复状态的基准转速的初始值，之后转入步骤6；

步骤6，根据风机的实际转速选择转速恢复阶段的电磁功率设定模式：若将更新为当前转速，同时电磁功率设定选择风轮加速模式，否则电磁功率设定选择风机镇定模式，之后转入步骤7；

步骤7，根据风机的实际转速判断是否满足预设转速恢复终止条件，若满足，风机启动最大功率点跟踪控制，否则，转入步骤6。

一种考虑湍流风速对转速恢复影响的风机惯性响应控制系统，所述系统包括依次执行的：