[发明专利]基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略及系统

说明书

本发明公开一种基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略及系统，包括获取电力系统的频率偏差信号；根据频率偏差信号，通过预设的跟踪微分器进行跟踪滤波，得到第一状态信号和第二状态信号，并将第一状态信号和第二状态信号用作跟踪微分器的反馈输入信号，其中第一状态信号为跟踪状态频率偏差，第二状态信号为频率变化率；根据第一状态信号和第二状态信号，通过预设的虚拟惯量控制器确定控制参考功率信号；根据控制参考功率信号，对风机所在的风电场进行输出功率补偿，避免常规微分器对高频信号的放大作用，有效抑制测量噪声和高频干扰，再结合动态虚拟惯量控制方法实现风电参与调频，更充分地利用风机的可释放动能，提升风电参与调频的能力。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略及系统。

背景技术

风电是电力系统的一部分，风电参与系统调频的方法主要可分为两类：虚拟惯量控制和减载控制。虚拟惯量控制是通过在最大功率跟踪控制器中附加辅助控制环暂时释放转子中储存的动能，以补偿系统惯性的降低，从而提高系统虚拟惯量，抑制系统频率波动。减载控制则是令风电机组运行在减载模式下，预留部分功率以支撑频率。两者相比，减载控制调节范围更广调节能力更好，但减载控制严重依赖机械调节，这会大大增加机械损伤率及维护成本。

传统的比例微分(PD)虚拟惯量控制可释放风机转子动能以支撑系统调频，但一方面，控制参数固定导致难以在不同工况下充分利用风电机组的可利用动能；另一方面，虚拟惯量控制在实施过程中需要频率变化率信号，而微分器会放大高频噪声，如测量噪声和其他系统干扰。为解决上述问题，现有研究引入低通滤波器和基于扩展状态观测器的惯量控制，但会对控制效果造成影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略及系统，能够抑制测量噪声及高频扰动对控制性能的影响。

第一方面，根据本发明实施例的基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略，包括：

获取电力系统的频率偏差信号；

根据所述频率偏差信号，通过预设的跟踪微分器进行跟踪滤波，得到第一状态信号和第二状态信号，并将所述第一状态信号和所述第二状态信号用作所述跟踪微分器的反馈输入信号，其中所述第一状态信号为跟踪状态频率偏差，所述第二状态信号为频率变化率；

根据所述第一状态信号和所述第二状态信号，通过预设的虚拟惯量控制器确定控制参考功率信号；

根据所述控制参考功率信号，对风机所在的风电场进行输出功率补偿。

根据本发明实施例的基于跟踪微分器的风机动态虚拟惯量控制策略，至少具有如下有益效果：

本发明实施例通过跟踪微分器得到电力系统的频率变化率，避免常规微分器对高频信号的放大作用，从而有效抑制测量噪声和高频干扰，再结合动态虚拟惯量控制方法实现风电参与调频，更充分地利用风机的可释放动能，提升风电参与调频的能力。

根据本发明的一些实施例，所述跟踪微分器的状态空间方程为：

式中，x_TD＝[x₁ x₂]^T，x₁为所述第一状态信号、x₂为所述第二状态信号，u_TD＝fhan(x₁-v,x₂,r,k₀h)，其中，fhan为最速控制综合函数，参考信号v＝-Δf，Δf为所述频率偏差信号，r为速度因子，h为滤波因子，k₀h为跟踪步长；C_TD＝[01]，y_TD为输出状态量。

根据本发明的一些实施例，所述虚拟惯量控制器的数学模型为：